Os astrônomos ainda não conseguem dizer exatamente quantas galáxias existem. A estimativa atual está em algum lugar entre 200 bilhões (2×10^11) e 2 trilhões, e esse intervalo em si conta uma história: toda vez que os telescópios ficavam melhores em detectar manchas de luz fracas e distantes, a contagem disparava.
Uma galáxia, em sua forma mais simples, é uma coleção ligada pela gravidade de estrelas, gás, poeira e matéria escura. Mas "galáxia" cobre um enorme espectro de objetos. As galáxias têm em média cerca de 100 milhões de estrelas e variam de anãs com menos de mil estrelas a supergigantes com cem trilhões de estrelas, cada uma orbitando o centro de massa de sua galáxia. Este artigo examina as galáxias como uma classe de objetos – como são classificadas, o quão grandes ficam, o que as mantém unidas e qual atualmente detém o recorde de mais distante.
Quantas galáxias estão aí?
O Hubble Deep Field, uma exposição extremamente longa de uma porção relativamente vazia do céu, deu aos astrônomos sua primeira compreensão real da questão: forneceu evidências de aproximadamente 125 bilhões (1,25×10^11) de galáxias no universo observável. Esse número parecia autoritário durante anos, principalmente porque vinha da imagem mais profunda que os telescópios espaciais já tinham produzido.
Depois, em 2016, um estudo liderado por Christopher Conselice da Universidade de Nottingham, publicado em The Astrophysical Journal, combinou muitas fontes de dados adicionais e empurrou a estimativa para pelo menos dois trilhões (2×10^12) de galáxias no universo observável até redshift z=8 – aproximadamente dez vezes mais do que se vê diretamente em imagens de Hubble. A lacuna entre os dois números não é um erro em nenhum dos estudos; reflete quantas galáxias são muito fracas, muito pequenas ou muito distantes para até uma imagem de referência como o Hubble Deep Field resolver individualmente.
De anãs a supergigantes
A maioria das galáxias tem entre 1 000 e 100 000 parsecs de diâmetro, ou aproximadamente 3 000 a 300 000 anos-luz, e são separadas de seus vizinhos por distâncias da ordem de milhões de parsecs. Essa lacuna é importante: o próprio diâmetro de uma galáxia típica é medido em milhares de anos-luz, mas o espaço vazio entre ela e a próxima galáxia é medido em milhões.
Dentro dessa faixa de 1 000 a 100 000 parsecs existe uma enorme dispersão de populações. Uma galáxia anã pode conter menos de mil estrelas, enquanto um supergigante pode conter cerca de cem trilhões – uma diferença de aproximadamente onze ordens de magnitude na contagem de estrelas entre as galáxias mais pequenas e maiores conhecidas.
A maior parte de uma galáxia você não consegue ver
Estrelas e gás brilhante são o que torna uma galáxia visível, mas não constituem a maior parte de sua massa. A maior parte da massa em uma galáxia típica está em forma de matéria escura, com apenas alguns por cento dessa massa visível na forma de estrelas e nebulosas. Em outras palavras, o disco brilhante ou protuberância que aparece em uma fotografia é uma camada fina e visível sobre algo muito mais massivo que não emite luz alguma.
A pista que revelou isso veio do movimento, não da luz. Na década de 1970, a astrônoma Vera Rubin encontrou uma discrepância entre a velocidade de rotação observada das galáxias e a velocidade prevista apenas pela massa visível de suas estrelas e gás. Estrelas longe do centro de uma galáxia se moviam mais rápido do que a matéria visível poderia explicar – exatamente o tipo de desajuste que aponta para um grande depósito de matéria invisível mantendo a galáxia unida.
Um sistema de classificação que Hubble não inventou
A maioria das galáxias é classificada usando a sequência de Hubble, um esquema de classificação morfológica para galáxias publicado por Edwin Hubble em 1926. Apesar de levar seu nome, foi inventado por John Henry Reynolds e Sir James Jeans; Hubble popularizou e publicou o esquema em vez de inventá-lo.
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O ramo elíptico da sequência tem sua própria escala interna. Galáxias elípticas são classificadas de E0 a E7, seguindo uma convenção em que o número de classe é dez vezes a elipticidade da galáxia, arredondado para o número inteiro mais próximo – então uma galáxia quase circular no céu lê-se como E0, e uma achatada e alongada lê-se como E7.
Entre o ramo elíptico e os dois ramos espirais do diagrama de garfo de sintonia clássico fica um terceiro grupo. No centro do garfo de sintonia de Hubble, onde os dois ramos de galáxias em espiral e o ramo elíptico convergem, fica uma classe intermediária de galáxias conhecidas como lenticulares e designadas pelo símbolo S0 – nem claramente elíptica nem claramente espiral, mas uma forma intermediária.
As formas mais grandes no zoológico cósmico
Elípticas também produzem as galáxias mais conhecidas. As maiores galáxias são elípticas supergigantes, também chamadas de galáxias tipo cD – uma designação separada da classe elíptica ordinária, reservada para os verdadeiros gigantes.
Mesmo deixando de lado a classe supergigante, as galáxias elípticas ordinárias sozinhas cobrem uma enorme gama: variam muito em tamanho e massa, com diâmetros de 3 000 anos-luz a mais de 700 000 anos-luz e massas de 10^5 a quase 10^13 massas solares. Esse extremo superior do intervalo é bem mais de 200 vezes mais amplo do que o extremo inferior.
Uma galáxia elíptica ganhou um recorde diferente. M87 (NGC 4486) abriga o buraco negro supermassivo que se tornou o primeiro buraco negro jamais fotografado, pelo Telescópio do Horizonte de Eventos – transformando uma galáxia já notável por seu tamanho na fonte da primeira imagem direta da sombra de um buraco negro.
Quando o núcleo de uma galáxia se ilumina
Nem todo núcleo galáctico fica quieto. Alguns brilham com radiação, e os casos mais extremos são quasares. As distâncias entre quasares conhecidos variam enormemente: o quasar mais próximo conhecido, Markarian 231, fica a cerca de 581 milhões de anos-luz da Terra, enquanto outros foram descobertos tão longe quanto UHZ1, aproximadamente 13,2 bilhões de anos-luz de distância – uma lacuna de mais de vinte e dois vezes a distância.
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Ondas de rádio revelam um tipo diferente de galáxia extrema. Alcyoneus é uma galáxia de rádio com a maior emissão de rádio observada de qualquer galáxia conhecida, suas estruturas lobadas se estendendo 5 megaparsecs, ou 16×10^6 anos-luz. Para comparação, outra galáxia de rádio gigante de tamanho semelhante é 3C 236, com lobos de 15 milhões de anos-luz de largura – o que significa que os lóbulos de rádio de Alcyoneus sozinhos se estendem mais longe do que muitos aglomerados de galáxias completos.
Unido em bilhões
As galáxias raramente existem em isolamento; a maioria pertence a estruturas maiores mantidas juntas pela gravidade. Um aglomerado de galáxias contém tipicamente 100 a 1 000 galáxias, gás quente emitindo raios X e grandes quantidades de matéria escura, com massas totais de 10^14 a 10^15 massas solares e diâmetros de 1 a 5 megaparsecs.
Por décadas, os aglomerados mantiveram o título das maiores coisas no universo: acreditava-se que eram as maiores estruturas conhecidas no universo até os anos 1980, quando os superaglomerados foram descobertos e os desalojaram do primeiro lugar.
O gás que preenche um aglomerado é tudo menos frio. O gás do meio intracaglomerado aquecido tem uma temperatura de pico entre 30 e 100 milhões de graus Celsius – quente o suficiente para brilhar em raios X, que é como os astrônomos descobrem a maior parte disso em primeiro lugar.
A galáxia mais distante no recorde
Os recordes de distância em astronomia tendem a ser de curta duração, e GN-z11 é um bom exemplo de por quê. Descoberta com o Telescópio Espacial Hubble e anunciada em um artigo de 2016, GN-z11 manteve o título de galáxia mais antiga e mais distante já identificada no universo observável, com um desvio para o vermelho espectroscópico de z = 10,957, correspondente a uma distância apropriada de aproximadamente 32 bilhões de anos-luz – até o Telescópio Espacial James Webb encontrar JADES-GS-z13-0 em 2022 e assumir o recorde.
Esse reinado de seis anos é um lembrete do mesmo padrão visto nas estimativas de contagem de galáxias: cada geração de telescópio empurra as bordas conhecidas do universo para mais longe, e o detentor do recorde atual é apenas a galáxia mais distante que alguém encontrou até agora, não necessariamente a mais distante que existe.