Os astrônomos propuseram pela primeira vez que poderiam reconstruir a “história de vida” de bilhões de anos de uma galáxia a partir de apenas uma observação. Este novo método é denominado "Arqueologia Extragaláctica". A equipe de pesquisa usa inteligência artificial e as “impressões digitais” de elementos químicos dentro das galáxias para escrever “biografias” de galáxias além da Via Láctea que abrangem a escala de idade do universo.
Pesquisa relevante foi publicada recentemente na Nature Astronomy. O autor acredita que este trabalho deverá se tornar a base de um novo “guia de campo” para a compreensão de como as galáxias se formam, se fundem e evoluem ao longo do longo tempo cósmico. Para tanto, os pesquisadores partiram de um caso específico: analisar as pequenas diferenças na distribuição dos elementos de oxigênio no interior da galáxia espiral NGC 1365.
De um modo geral, o teor de oxigénio é mais elevado no centro da galáxia e diminui gradualmente do centro para fora, que é o gradiente de distribuição típico destes elementos mais pesados. Mas se houver flutuações anormais neste gradiente, isso pode significar que a galáxia passou por grandes “eventos de vida”: como o nascimento de novas estrelas ou buracos negros, explosões de supernovas de estrelas antigas ou colisões e fusões entre galáxias.
A equipa de investigação construiu cerca de 20.000 simulações de evolução de diferentes tipos de galáxias, cobrindo várias “dores” que as galáxias podem experimentar durante o seu crescimento, incluindo a formação de estrelas, a atividade de buracos negros, o movimento de gases e a evolução de diferentes elementos químicos, etc., e configurou um “pano de fundo de vida” completo para estas galáxias simuladas. A equipa utilizou então inteligência artificial para comparar estes dados simulados com a NGC 1365 realmente observada, procurando cenários que se aproximassem da impressão digital química da galáxia, inferindo assim o seu caminho de evolução.
"Podemos reconstruir a história detalhada do crescimento de uma galáxia espiral com base apenas na sua impressão digital química atual." Lisa Kewley, a primeira autora do artigo e diretora do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, disse em entrevista ao Refractor.
A análise da equipa mostra que a região central da NGC 1365 foi formada no início do Universo, quase datando do nascimento do Universo há 13,7 mil milhões de anos, e o oxigénio foi produzido nesta fase. Durante os aproximadamente 12 mil milhões de anos seguintes, o gás nos confins exteriores da galáxia foi continuamente reabastecido através de colisões e fusões com galáxias anãs. O gás externo acumulou-se gradualmente e impulsionou o crescimento da galáxia. Essas estrelas de galáxias anãs fundidas também trouxeram novas fontes de matéria para as bordas externas.
Esta é apenas a história de uma galáxia, e o objetivo da “arqueologia extragaláctica” é reconstruir a “história da vida” do vasto número de galáxias além da Via Láctea. Os investigadores esperam encontrar o “registo fóssil” destas galáxias desta forma: embora as galáxias não tenham esqueletos como a vida na Terra, o gás, a poeira, as estrelas, as estruturas de matéria escura, etc., dentro delas deixaram vestígios da sua longa evolução que podem ser rastreados.
Na pesquisa tradicional, os astrônomos geralmente confiam no "desvio para o vermelho" para caracterizar a distância e a idade das galáxias - quanto mais óbvio o espectro se desloca em direção à extremidade vermelha, significa que a galáxia está mais distante e o estágio anterior do universo é observado. Isto acontece porque o Universo como um todo está a expandir-se e as primeiras galáxias estão a afastar-se umas das outras a um ritmo mais rápido.
O Redshift ainda é uma ferramenta importante na medição da idade das galáxias, mas a "arqueologia extragaláctica" tenta responder a um tipo diferente de questão: como as galáxias se fundiram, trocaram gás e outros materiais ao longo de milhares de milhões de anos, e como estes processos as moldaram no que são hoje. Felizmente, a combinação de novas tecnologias, como inteligência artificial, simulações numéricas em grande escala e observações telescópicas de alta resolução, tornou gradualmente viável este ambicioso caminho de investigação.
Na opinião de Ciuli, a NGC 1365 é um caso ideal para a realização deste tipo de investigação “arqueológica”. “Este estudo mostra que imagens precisas do oxigénio dentro de uma galáxia, se sistematicamente comparadas com milhares de galáxias simuladas, podem estreitar significativamente os seus possíveis caminhos de evolução”, disse ela.
Claro, NGC 1365 é apenas uma entre dezenas de bilhões de galáxias no universo. Os investigadores enfatizaram que o próximo passo é aplicar o mesmo método a mais tipos de galáxias e cobrir diferentes sequências de fusão e ramos evolutivos. Se tudo correr bem, eles esperam eventualmente compilar um “guia de campo para galáxias típicas”: assim como ver um pássaro na Terra, as pessoas podem não apenas descrever suas características atuais de aparência, mas também inferir seu ambiente de crescimento e processo de evolução. Os astrónomos também podem usar a “impressão digital química” e a “aparência” estrutural da galáxia para inferir quando e como as suas estrelas e gás convergiram para o que são hoje.
Sendo uma direção de pesquisa ainda incipiente, Chiuly destacou que a “arqueologia extragaláctica” ainda tem muitas áreas a serem aprimoradas. "À medida que incorporamos mais elementos químicos, mais amostras de galáxias e simulações mais sofisticadas, este método se tornará mais poderoso." Ela disse, acrescentando que a expectativa de longo prazo da equipe de pesquisa é usar esta nova ferramenta para revelar melhor a história de galáxias distantes, não apenas para ajudar os humanos a compreender a evolução de todo o universo, mas também para nos dar uma compreensão mais clara da localização e origem da nossa própria galáxia no universo.