A Via Láctea está em rota de colisão – e não é a primeira vez

 O destino da Via Láctea – e muitos outros – é jogado em uma dança cósmica lenta, mas surpreendentemente violenta.

O céu noturno poderá ficar assim em cerca de 4 bilhões de anos, quando se espera que a Galáxia de Andrômeda colida com a nossa Via Láctea. NASA/ESA/Z. Levay e R. van der Marel/STSCI/T. Hallas/e A. Mellinger

Estrelas e galáxias se movem ao nosso redor em um ritmo que parece glacial em escalas de tempo humanas. Sua dança é extremamente gradual, ocorrendo ao longo de bilhões de anos. Mas se pudéssemos ver o tempo da mesma forma que as estrelas, a vizinhança ao redor da nossa Via Láctea pareceria surpreendentemente ativa.

As galáxias giram umas em torno das outras, espiralando lentamente até se fundirem. Muitos não viajam sozinhos, mas trazem companheiros, em uma colisão sombria que pode arrancar algumas estrelas do coração de suas casas e espalhá-las pelo céu. Outras regiões ficam ricas em gás e poeira e começam, em sua opulência recém-descoberta, a gerar novas estrelas. A dança das galáxias é lenta e violenta, cheia de vida e morte.

A Via Láctea impulsiona o movimento da coleção de mais de 100 galáxias conhecidas como Grupo Local. Dentro desse grupo, apenas a Galáxia de Andrômeda é maior que a Via Láctea – aproximadamente 125% mais massiva – e, como nossa galáxia, tem uma forma espiral. Duas galáxias menores se destacam: a Galáxia do Triângulo, dançando ao redor de Andrômeda, e a Grande Nuvem de Magalhães (LMC), orbitando a Via Láctea.

O resto do bairro está cheio principalmente de satélites do par, galáxias menores pairando como fãs adoráveis. Essas galáxias voam, mas eventualmente se fundem com suas companheiras maiores. Quando isso acontecer, não será a primeira vez que nossa galáxia colidiu com outra. 

Artefatos antigos

A Via Láctea sofreu sua primeira grande colisão no início de sua vida, cerca de 10 bilhões de anos atrás. Antes disso, provavelmente tinha um punhado de arranhões com galáxias menores, mas o dramático acidente em uma galáxia chamada Gaia Enceladus deixou cicatrizes duradouras. Por muito tempo, essas cicatrizes ficaram escondidas, sua ausência intrigando os astrônomos. Foi preciso o telescópio espacial Gaia da Agência Espacial Europeia para trazê-los à luz em 2018, após anos de dicas.

“Antes da divulgação dos dados do Gaia, pensávamos que a Via Láctea era uma galáxia muito silenciosa, sem impacto dramático”, diz Eloisa Poggio, astrônoma do Observatório Astrofísico de Turim, na Itália. “É mais complicado do que pensávamos antes.”

Gaia Enceladus era uma galáxia anã, um pouco menor que a Via Láctea, talvez com 2 bilhões de anos quando colidiu conosco. A colisão teria ramificações significativas. A Via Láctea era um disco atarracado do qual as estrelas eram lançadas, criando seu halo. Parte do disco tornou-se instável e desmoronou em uma estrutura semelhante a uma barra. Com o tempo, um novo disco fino foi criado. Quando o show acabou, a Via Láctea era uma galáxia diferente.

“Este é um momento crucial na vida da Via Láctea”, diz Vasily Belokurov, parte de uma das duas equipes que co-descobriram o artefato antigo. “Isso desencadeou uma sequência de transformações na Via Láctea que a transformaram na Via Láctea que conhecemos.” 

Sagitário é uma galáxia elíptica, uma das vizinhas mais próximas da Via Láctea, e está chegando a um fim agonizante ao interagir com o objeto maior. Descoberto em 1994, Sagitário gira em torno dos pólos da Via Láctea, cem a mil vezes menos massivo que a nossa galáxia. 

Em 2018, os cientistas descobriram uma deformação no disco da Via Láctea. Distorções em grande escala – coleções de estrelas gravitacionalmente empurradas juntas – são comuns entre galáxias espirais, e a nossa viaja relativamente devagar ao redor do disco. Uma deformação pode se formar devido a interações dentro de uma galáxia, mas o movimento sugere uma origem externa. “O único modelo possível que pode explicar uma precessão tão grande é a interação com um satélite [galáxia]”, diz Poggio, que mediu e rastreou a deformação. 

Mas quem é o culpado? Embora seja possível que a deformação da Via Láctea tenha sido causada pelo LMC, Poggio acha que a influência de Sagitário pode ser mais forte, e ela está trabalhando para provar isso. Confirmar sua teoria requer mais simulações, que ela está analisando. 

Sagitário também está provocando ondas de formação de estrelas na Via Láctea. Pesquisadores descobriram manchas de formação estelar que coincidem com a aproximação mais próxima, ou pericentro, da galáxia moribunda. As interações gravitacionais juntam pilhas de gás e poeira para criar regiões prontas para o nascimento de estrelas. Ruiz-Lara, de Tomá , astrônomo do Kapteyn Astronomical Institute, na Holanda, encontrou rajadas de formação estelar há cerca de 6,5 bilhões, 2 bilhões e 1 bilhão de anos atrás, e vinculou cada uma a várias passagens pericêntricas de Sagitário. 

“A principal surpresa é que algo tão pequeno seja capaz de causar todos esses efeitos”, diz Ruiz-Lara. “Sagitário é um ator importante no filme da origem e evolução da nossa galáxia.” 

Nos bilhões de anos seguintes, a Via Láctea ficou quieta, consumindo as galáxias satélites ocasionais, mas deixando as maiores em paz. Isso mudou cerca de 6 bilhões de anos atrás, quando a Galáxia de Sagitário fez sua própria grande entrada. 

Esta sequência ilustrada da futura futura colisão Via Láctea/Andrômeda começa nos dias atuais e se desenrola ao longo de 4 bilhões de anos até que nossa galáxia se deforme. NASA/ESA/Z. Levay e R. van der Marel/STSCI/T. Hallas/e A. Mellinger

Destruição à frente

Sagitário não é a única galáxia pronta para colidir com a Via Láctea. O LMC, o quarto maior objeto do Grupo Local, está lentamente em espiral em nossa direção. Durante décadas, os astrônomos pensaram que a galáxia irregular massiva e sua prima menor, a Pequena Nuvem de Magalhães (SMC), já haviam feito várias voltas ao redor da Via Láctea. Mas em 2007, os astrônomos usaram o Telescópio Espacial Hubble para confirmar que o par estava em sua primeira aproximação. 

Embora o LMC não se fundirá conosco por mais 2 bilhões de anos, ele já está fazendo sua presença ser sentida. Por ser tão massivo, não só o LMC atraído para a Via Láctea, mas a própria Via Láctea também é puxada para o LMC. Uma coleção de material em vez de um corpo sólido, a Via Láctea responde à interação de maneira diferente em diferentes regiões. O halo interno e o disco estelar estão sendo puxados pelo LMC, enquanto o material do halo externo não se move muito. “É uma bagunça total”, diz Belokurov. 

Ao contrário de Sagitário, o LMC não está sozinho. Além do SMC, o LMC parece estar trazendo suas próprias galáxias satélites. “Esses satélites estão vindo para um passeio”, diz Ekta Patel, astrônomo da Universidade da Califórnia, Berkeley. Patel estudou várias das galáxias menores do Grupo Local e encontrou seis que parecem ligadas às Nuvens de Magalhães – por enquanto. A futura colisão entre a Via Láctea e o LMC pode fazer com que eles se desconectem do LMC. Nesse ponto, eles podem cair na Via Láctea junto com o LMC, ou podem acabar voando em uma nova órbita. 

A colisão com o LMC pode tornar a Via Láctea mais parecida com outras galáxias espirais. Hoje, a Via Láctea tem um buraco negro supermassivo muito menor do que os buracos negros de outras galáxias de tamanho semelhante. O halo de estrelas ao redor da galáxia é leve e pobre em metal. E o LMC é um satélite incomumente grande para espirais semelhantes. Todos esses são provavelmente sinais do período incomum de silêncio pelo qual nossa galáxia passou; a maioria das galáxias passa por mais de uma grande fusão, enquanto a Via Láctea até agora só entrou em conflito com Gaia Enceladus. “Desde então, quase não houve nada”, diz Marius Cautun, astrônomo do Observatório de Leiden, na Holanda.

 Em um artigo de 2019, Cautun e seus colegas simularam como a próxima colisão com o LMC mudará a Via Láctea. O tamanho do buraco negro da nossa galáxia deve crescer até oito vezes maior. Estrelas da galáxia em queda, bem como aquelas extraídas do disco da Via Láctea, devem aumentar o halo estelar e a metalicidade. Ao final do acidente, a Via Láctea deve ser menos única e mais comparável a outras galáxias.

Talvez a colisão mais conhecida no bairro da Via Láctea ainda não tenha acontecido. A massiva Galáxia de Andrômeda, também conhecida como M31, colidirá conosco em cerca de 4 bilhões de anos. Embora este evento seja suspeito há muito tempo, não foi até 2012 que os cientistas usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para prová-lo, medindo o movimento lateral de Andrômeda. Ao comparar observações anteriores, os cientistas concluíram que Andrômeda estava se movendo diretamente em nossa direção. Medições refinadas usando o telescópio Gaia agora indicam que a colisão será ligeiramente fora do eixo. 

“Se é uma colisão frontal ou um golpe de raspão, não afeta o resultado final”, diz Roeland van der Marel, astrônomo do Space Telescope Science Institute que liderou as equipes que fizeram as duas medições. Esse resultado final converterá as duas galáxias espirais em uma galáxia elíptica esferoidal, vazia de quase todo o gás formador de estrelas. Os buracos negros supermassivos espiralarão juntos, eventualmente se tornando um único monstro no coração da nova galáxia. 

O futuro caminho de colisão de Andrômeda e da Via Láctea. Triangulum também pode fazer parte do acidente iminente. NASA/ESA/Z. Levay e R. van der Marel /STSCI

Colidir! Bang!

À medida que o LMC e o SMC orbitam a Via Láctea, eles estão no meio de seu próprio cabo de guerra. Em 2012, Gurtina Besla, da Universidade do Arizona, fez parte de uma equipe que modelou os resultados de uma colisão entre o LMC e o SMC. Dois anos atrás, as observações de outra equipe de estrelas jovens massivas e quentes dentro do par confirmaram seu modelo – as duas colidiram apenas algumas centenas de milhões de anos atrás. 

Antes dos anos 2000, os astrônomos conheciam apenas um punhado de satélites na vizinhança da Via Láctea. Isso mudou com os levantamentos digitais do céu. Agora sabemos de dezenas de outras galáxias satélites menores ligadas à nossa, muitas das quais são extremamente fracas. A chegada do segundo lançamento de dados do telescópio Gaia nos permitiu rastrear o movimento desses satélites. “Gaia é incrível porque nos permite rastrear os movimentos das estrelas nas galáxias conhecidas mais fracas”, diz Patel. “É um grande divisor de águas.” 

Com massas inferiores a 10% da Via Láctea, os minúsculos satélites são controlados pela gravidade mais forte da galáxia maior. À medida que as estrelas são arrancadas das galáxias, elas criam correntes estelares, fitas de estrelas que se estendem pelo céu. 

Andrômeda também está sofrendo sua própria colisão em andamento. A Galáxia Triangulum, a terceira maior do bairro, está atualmente caindo em Andrômeda da mesma forma que o LMC está caindo na Via Láctea. Embora os radiotelescópios tenham feito um bom trabalho ao medir o movimento da galáxia menor, Gaia conseguiu confirmar essas medições e fornecer um pouco mais de informações. 

“É um pouco surpreendente, mas parece que o cenário mais consistente com as observações é que Triangulum está caindo em Andrômeda pela primeira vez”, diz van der Marel, que usou o Gaia para medir o movimento da galáxia menor. 

Pensando bem, no entanto, a conexão entre o Triangulum e o LMC – ambos fazendo sua primeira abordagem em direção a galáxias cerca de 10 vezes maiores do que são – não é tão surpreendente quanto parece, diz van der Marel. A compreensão atual da formação de galáxias envolve coisas menores caindo em maiores para construí-las. Ele diz que é mais provável encontrar algo relativamente massivo apenas começando a se fundir com sua galáxia-mãe, em vez de orbitá-la várias vezes ao longo de bilhões de anos. Isso porque as grandes galáxias são mais propensas a serem engolidas em alguns ciclos. 

A dança das galáxias pode levar bilhões de anos para ser concluída, mas acabará por fundir a Via Láctea e seus vizinhos em uma única coleção de estrelas. Quando a música parar, Andrômeda, a Via Láctea e todos os seus satélites terão perdido sua espiral e suas estrelas jovens. Tudo o que restará é a coleção de estrelas envelhecidas em uma galáxia sem poeira, desfrutando do silêncio de seus anos dourados.