Previsão da fusão da Via Láctea e Andrômeda e o destino futuro das galáxias no Universo em expansão
Todas as galáxias mudam continuamente ao longo do tempo cósmico: crescem por fusões, alteram-se gradualmente devido a processos internos e, por vezes, inevitavelmente aproximam-se de colisões com galáxias vizinhas. A Via Láctea, onde vivemos, não é exceção: ela orbita no ambiente do Grupo Local de Galáxias (GL), e observações indicam que se move em direção a uma colisão com o seu maior satélite – a galáxia Andrômeda (M31). Esta impressionante fusão, também chamada de «Milkomeda», mudará fundamentalmente o nosso espaço local dentro de alguns mil milhões de anos. Contudo, mesmo após este evento, a rápida expansão do Universo determinará uma história ainda mais ampla de isolamento galáctico e destino final. Neste artigo discutiremos por que e como a Via Láctea colidirá com Andrômeda, os possíveis efeitos da fusão em ambas as galáxias e o futuro a longo prazo das galáxias no contexto da expansão crescente do Universo.
1. A colisão iminente: Via Láctea e Andrômeda
1.1 Evidências da trajetória da colisão
Medições precisas do movimento da Andrômeda, em relação à Via Láctea, mostram que ela está em estado de deslocamento para o azul – aproximando-se de nós a cerca de 110 km/s. Estudos iniciais da velocidade radial indicavam uma possível colisão futura, mas a velocidade transversal de Andrômeda permaneceu incerta por muito tempo. Dados do Telescópio Espacial Hubble e refinamentos posteriores (incluindo observações do Gaia) permitiram determinar o movimento próprio de Andrômeda, confirmando que daqui a cerca de 4–5 mil milhões de anos deverá colidir com a nossa Via Láctea [1,2].
1.2 Contexto do Grupo Local de Galáxias
Andrômeda (M31) e a Via Láctea são as duas maiores galáxias no Grupo Local de Galáxias – um pequeno aglomerado de galáxias com cerca de 3 milhões de anos-luz de diâmetro. A Galáxia do Triângulo (M33), que orbita perto de Andrômeda, também pode estar incluída na futura colisão. Várias galáxias anãs (por exemplo, as Nuvens de Magalhães, outras satélites) localizadas nas bordas do GL também podem sofrer perturbações de maré ou tornar-se satélites do sistema fundido.
1.3 Períodos e dinâmica da colisão
Simulações indicam que o primeiro encontro entre Andrómeda e a Via Láctea ocorrerá daqui a cerca de 4–5 mil milhões de anos, possivelmente com vários encontros próximos antes da coalescência final em ~6–7 mil milhões de anos no futuro. Durante estas aproximações:
- As forças de maré esticarão a estrutura do disco, podendo formar caudas de maré ou estruturas anelares.
- A formação estelar intensificar-se-á temporariamente nas regiões onde os reservatórios de gás se sobrepõem.
- O “alimento” do buraco negro pode intensificar-se nas regiões nucleares se o gás fluir para o centro.
No final, é provável que estas galáxias fundam-se numa galáxia elíptica ou lenticular massiva chamada “Milkomeda”, onde as estrelas das duas espirais se fundirão [3].
2. Resultado possível da fusão “Milkomeda”
2.1 Resíduo elíptico ou esferoidal massivo
As fusões principais, especialmente entre duas espirais de massas semelhantes, geralmente destroem as estruturas de disco e formam um esferoide suportado por pressão, característico das galáxias elípticas. A aparência final da “Milkomeda” provavelmente dependerá de:
- Geometria das órbitas – se a interação for centralmente simétrica, poderá formar-se uma estrutura elíptica típica.
- Quantidade restante de gás – se ainda houver gás não consumido ou não expelido, poderá formar-se uma galáxia lenticular (S0) com estrutura de disco ou anel fraca.
- Halo de matéria escura – o halo combinado da Via Láctea e Andrómeda criará um ambiente gravitacional que determinará como as estrelas se redistribuirão.
Modelos que estudam espirais com grande quantidade de gás mostram fortes surtos de formação estelar durante fusões, mas após 4–5 mil milhões de anos as reservas de gás da Via Láctea serão mais modestas, pelo que a formação estelar durante a fusão pode ser menos intensa do que no início do Universo [4].
2.2 Interação central da LGSM
O buraco negro da Via Láctea (Sgr A*) e o maior buraco negro de Andrómeda podem eventualmente fundir-se devido ao atrito dinâmico. Nos momentos finais da fusão, podem ser emitidos fortes raios gravitacionais (embora não tão intensos em escala cosmológica como em sistemas mais massivos ou distantes). Os buracos negros fundidos permanecerão no centro da nova galáxia elíptica, possivelmente emitindo radiação como AGN durante algum tempo, se houver gás suficiente.
2.3 Destino do sistema solar
Durante a fusão, o Sol terá aproximadamente a mesma idade que tem agora – o Universo, aproximando-se do fim da queima tardia do hidrogénio. O brilho do Sol aumentará, tornando a Terra inóspita para a vida, apesar da colisão galáctica. Dinamicamente, o sistema solar provavelmente continuará a orbitar no centro da nova galáxia (ou na periferia do halo), mas é pouco provável que seja expulso ou absorvido pelo buraco negro [5].
3. Outras galáxias do Grupo Local e evolução dos satélites anões
3.1 Galáxia do Triângulo (M33)
M33, a terceira maior galáxia espiral do VG, orbita Andrômeda e pode ser incorporada no processo da “Milkomeda”. Dependendo da órbita, M33 pode fundir-se com o sistema fundido Andrômeda–Via Láctea mais tarde ou ser destruída por forças de maré. Esta galáxia possui bastante gás, pelo que a sua fusão final poderia provocar um aumento posterior da formação estelar no sistema combinado.
3.2 Interações dos satélites anões
O VG possui dezenas de galáxias anãs (ex.: Nuvens de Magalhães, Anã do Sagitário, etc.). Algumas delas podem ser destruídas ou incorporadas no aglomerado da “Milkomeda” durante fusões futuras. Ao longo de bilhões de anos, muitas pequenas fusões podem aumentar ainda mais o halo estelar, densificando o sistema final. Assim, a interação hierárquica continua mesmo após a coalescência principal das espirais.
4. Contexto da expansão futura do Universo
4.1 Expansão acelerada e isolamento galáctico
Após a formação da “Milkomeda”, a expansão acelerada do Universo, impulsionada pela energia escura, significa que galáxias não ligadas gravitacionalmente afastam-se e, com o tempo, torna-se impossível estabelecer conexões causais com elas. Após dezenas de bilhões de anos, apenas o Grupo Local (ou seu remanescente) permanecerá gravitacionalmente ligado, e todas as estruturas de aglomerados mais distantes afastar-se-ão mais rápido do que a luz pode alcançá-las. Por fim, a “Milkomeda” e seus satélites tornar-se-ão o “Universo das Ilhas”, isolado dos outros aglomerados [6].
4.2 Exaustão da formação estelar
À medida que o tempo cósmico avança, os recursos de gás diminuem. Fusões e feedback podem aquecer ou remover o gás restante, e a quantidade de gás novo que entra através dos filamentos cósmicos diminui na época tardia. Após centenas de bilhões de anos, a formação estelar quase cessará, deixando principalmente estrelas velhas vermelhas. A galáxia elíptica final escurecerá, dominada apenas por estrelas vermelhas tênues, anãs brancas, estrelas de neutrões e buracos negros.
4.3 Domínio dos buracos negros e remanescentes
Após trilhões de anos, muitas estrelas, sob a influência de interações gravitacionais, podem ser expulsas do halo da Milkomeda. Entretanto, o SMBH permanecerá no núcleo da galáxia. Por fim, os buracos negros podem ser os únicos aglomerados de massa significativos neste cenário cósmico desolado. A radiação de Hawking poderia evaporar até mesmo buracos negros ao longo de períodos incrivelmente longos, mas isso está muito além das épocas astrofísicas habituais [9, 10].
5. Perspetivas de observações e análises teóricas
5.1 Monitorização do movimento de Andrômeda
O telescópio espacial Hubble mediu detalhadamente as velocidades de Andrômeda, confirmando a trajetória de colisão com um componente lateral pequeno. Dados adicionais do Gaia refinam ainda mais as órbitas de Andrômeda e M33, permitindo uma melhor determinação da geometria da aproximação [7]. Missões astrométricas espaciais futuras poderão determinar com maior precisão o momento do primeiro impacto.
5.2 Simulações N-corpos do Grupo Local
Modelos desenvolvidos no Centro Espacial Goddard da NASA e noutros locais indicam que o primeiro encontro ocorrerá daqui a cerca de 4–5 mil milhões de anos, após o qual M31 e a Via Láctea poderão passar várias vezes próximas. Finalmente, fundir-se-ão ao longo de algumas centenas de milhões de anos, formando uma galáxia gigante semelhante a uma elíptica. As simulações também analisam a participação da M33, as marés deixadas e os surtos nucleares de formação estelar [8].
5.3 O destino dos aglomerados distantes além do Grupo Local
Devido à aceleração cósmica, aglomerados mais distantes afastam-se de nós – com o tempo, ultrapassarão os nossos limites observáveis. Observações de supernovas de alto desvio para o vermelho indicam que a energia escura domina a expansão do Universo, pelo que, em grande escala, a rede de galáxias fragmentar-se-á em "ilhas" isoladas. Assim, mesmo que as galáxias locais se fundam, a estrutura cósmica mais ampla afasta-se e enfraquece no nosso horizonte.
6. O futuro cósmico distante
6.1 A era "degenerativa" do Universo
Depois de a formação estelar se esgotar, as galáxias (ou sistemas fundidos) passam gradualmente para a "era degenerativa", onde a principal fonte de massa da população são os remanescentes estelares (anãs brancas, estrelas de neutrões, buracos negros). Por vezes, colisões aleatórias entre anãs castanhas ou restos estelares podem reativar temporariamente a formação estelar, mas, em média, o Universo está muito apagado.
6.2 O domínio final dos buracos negros
Após centenas de triliões de anos, as interações gravitacionais podem expulsar muitas estrelas do halo galáctico, enquanto os maiores buracos negros permanecerão nos centros. Eventualmente, poderão ser o único reservatório de massa importante no espaço solitário. A radiação de Hawking pode, ao longo de tempos inconcebivelmente longos, até evaporar estes buracos negros, embora isso ultrapasse largamente as épocas astrofísicas habituais [9, 10].
6.3 O legado do Grupo Local
Na "Era Escura", a Milkomeda provavelmente será a única estrutura elíptica massiva que conterá os remanescentes estelares da Via Láctea, Andrômeda, M33 e das galáxias anãs. Se galáxias e aglomerados mais distantes ficarem além do nosso horizonte cosmológico observável, localmente permanecerá esta ilha fundida, afundando-se gradualmente na escuridão cósmica.
7. Conclusões
A Via Láctea e Andrômeda inevitavelmente aproximam-se da fusão das galáxias – um fenómeno que provocará uma enorme mudança no centro do Grupo Local. Cerca de daqui a 4–5 mil milhões de anos, estas duas galáxias espirais começarão a interagir com marés gravitacionais, explosões de formação estelar e ondas de "alimentação" de buracos negros, até que finalmente se fundam numa massiva elíptica – a "Milkomeda". Galáxias menores, como a M33, podem ser incorporadas nesta fusão, enquanto os satélites anões serão despedaçados por marés ou integrados.
Olhando ainda mais longe, a expansão do Universo irá separar esta nova estrutura das restantes, isolando-a em solidão, onde a formação estelar acabará por esgotar-se. Em dezenas ou centenas de milhares de milhões de anos, restarão apenas estrelas envelhecidas, até que finalmente dominem apenas buracos negros e remanescentes estelares. Contudo, durante os próximos poucos milhares de milhões de anos, o nosso canto cósmico permanecerá bastante ativo, e a colisão iminente com Andrómeda será o último grande espetáculo de aglomeração galáctica no Grupo Local.
Links e leitura adicional
- van der Marel, R. P., et al. (2012). “O Vetor de Velocidade de M31. III. Evolução Orbital Futura da Via Láctea–M31–M33, Fusão e Destino do Sol.” The Astrophysical Journal, 753, 9.
- van der Marel, R. P., & Guhathakurta, P. (2008). “Velocidade Transversal de M31 e Massa do Grupo Local a partir da Cinética dos Satélites.” The Astrophysical Journal, 678, 187–199.
- Cox, T. J., & Loeb, A. (2008). “A Colisão Entre a Via Láctea e Andrómeda.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 461–474.
- Hopkins, P. F., et al. (2008). “Um Modelo Unificado, Impulsionado por Fusões, da Origem de Explosões Estelares, Quasares e Esferoides.” The Astrophysical Journal Supplement Series, 175, 356–389.
- Sackmann, I.-J., & Boothroyd, A. I. (2003). “O Nosso Sol. III. Presente e Futuro.” The Astrophysical Journal, 583, 1024–1039.
- Riess, A. G., et al. (1998). “Evidência Observacional de Supernovas para um Universo em Aceleração e uma Constante Cosmológica.” The Astronomical Journal, 116, 1009–1038.
- Gaia Collaboration (2018). “Gaia Data Release 2. Diagramas Observacionais de Hertzsprung–Russell.” Astronomy & Astrophysics, 616, A1.
- Kallivayalil, N., et al. (2013). “Movimentos Próprios das Nuvens de Magalhães na Terceira Época. III. História Cinética das Nuvens de Magalhães e o Destino do Corrente de Magalhães.” The Astrophysical Journal, 764, 161.
- Adams, F. C., & Laughlin, G. (1997). “Um Universo a Morrer: O Destino a Longo Prazo e a Evolução dos Objetos Astrofísicos.” Reviews of Modern Physics, 69, 337–372.
- Hawking, S. W. (1975). “Criação de Partículas por Buracos Negros.” Communications in Mathematical Physics, 43, 199–220.