26: Galáxias

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No último capítulo, exploramos nossa própria galáxia. Mas é o único? Se existem outros, eles são como a Via Láctea? A que distância eles estão? Podemos vê-los? Como aprenderemos, algumas galáxias estão tão distantes que foram necessários bilhões de anos para que sua luz chegasse até nós. Essas galáxias remotas podem nos dizer como era o universo quando era jovem.

Neste capítulo, começamos nossa exploração do vasto reino das galáxias. Como turistas de uma pequena cidade fazendo sua primeira visita às grandes cidades do mundo, ficaremos maravilhados com a beleza e a variedade das galáxias. Ainda assim, reconheceremos que muito do que vemos não é muito diferente de nossas experiências em casa, e ficaremos impressionados com o quanto podemos aprender observando estruturas construídas há muito tempo.

Começamos nossa viagem com um guia das propriedades das galáxias, da mesma forma que um turista começa com um guia das principais características das cidades no itinerário. Nos capítulos posteriores, examinaremos com mais cuidado a história passada das galáxias, como elas mudaram ao longo do tempo e como adquiriram suas muitas formas diferentes. Primeiro, começaremos nossa viagem pelas galáxias com a pergunta: nossa galáxia é a única?

26.1: A descoberta das galáxias
Enxames estelares fracos, nuvens de gás brilhante e galáxias apareceram como manchas fracas de luz (ou nebulosas) nos telescópios disponíveis no início do século XX. Foi somente quando o Hubble mediu a distância até a galáxia de Andrômeda usando variáveis cefeidas com o refletor gigante de 2,5 metros no Monte Wilson em 1924 que a existência de outras galáxias semelhantes à Via Láctea em tamanho e conteúdo foi estabelecida.
26.2: Tipos de galáxias
A maioria das galáxias brilhantes são espirais ou elípticas. As galáxias espirais contêm estrelas velhas e jovens, bem como matéria interestelar, e têm massas típicas na faixa de 109 a 1012 mSun. Nossa própria galáxia é uma grande espiral. Os elípticos são sistemas esferoidais ou ligeiramente alongados que consistem quase inteiramente de estrelas antigas, com muito pouca matéria interestelar. As galáxias elípticas variam em tamanho, desde gigantes, mais massivas do que qualquer espiral, até anãs, com massas de apenas cerca de 106 mSun.
26.3: Propriedades das galáxias
As massas das galáxias espirais são determinadas a partir de medições de suas taxas de rotação. As massas das galáxias elípticas são estimadas a partir de análises dos movimentos das estrelas dentro delas. As galáxias podem ser caracterizadas por suas relações massa/luz. As partes luminosas das galáxias com formação estelar ativa normalmente têm relações massa/luz na faixa de 1 a 10; as partes luminosas das galáxias elípticas normalmente têm relações massa/luz de 10 a 20.
26.4: A escala de distância extragalática
Os astrônomos determinam as distâncias até as galáxias usando uma variedade de métodos, incluindo a relação entre período e luminosidade para variáveis cefeidas; objetos como supernovas do tipo Ia, que parecem ser lâmpadas padrão; e a relação Tully-Fisher, que conecta o alargamento da linha de radiação de 21 cm à luminosidade das galáxias espirais. Cada método tem limitações em termos de sua precisão, os tipos de galáxias com as quais ele pode ser usado e a faixa de distâncias nas quais ele pode ser aplicado.
26.5: O universo em expansão
O universo está se expandindo. As observações mostram que as linhas espectrais de galáxias distantes são deslocadas para o vermelho e que suas velocidades de recessão são proporcionais às distâncias de nós, uma relação conhecida como lei de Hubble. A taxa de recessão, chamada de constante de Hubble, é de aproximadamente 22 quilômetros por segundo por milhão de anos-luz. Não estamos no centro dessa expansão: um observador em qualquer outra galáxia veria o mesmo padrão de expansão que nós. A expansão descrita pelo Hub
26.E: Galáxias (exercícios)

Miniatura: Spiral Galaxy. NGC 6946 é uma galáxia espiral também conhecida como “galáxia de fogos de artifício”. Está a uma distância de cerca de 18 milhões de anos-luz, na direção das constelações de Cepheus e Cygnus. Foi descoberto por William Herschel em 1798. Esta galáxia tem cerca de um terço do tamanho da Via Láctea. Observe à esquerda como as cores da galáxia mudam da luz amarelada das estrelas antigas no centro para a cor azul das estrelas quentes e jovens e o brilho avermelhado das nuvens de hidrogênio nos braços espirais. Como mostra a imagem, esta galáxia é rica em poeira e gás, e novas estrelas ainda estão nascendo aqui. Na imagem à direita, os raios X vindos desta galáxia são mostrados em roxo, que foi adicionado a outras cores que mostram a luz visível. (Crédito à esquerda: modificação do trabalho da NASA, ESA, STSci, R. Gendler e do Telescópio Subaru (NAOJ); crédito à direita: modificação do trabalho por raio-X: NASA/CXC/MSSL/R.soria et al, Óptico: Aura/Gemini OBs)