As galáxias do nosso Universo não estão distribuídas de forma aleatória e randômica no espaço, isto é, existem certas aglomerações, e por meio delas formam-se estruturas ainda maiores que originam os superaglomerados de galáxias. Tomando essa ideia como base, o tema da tese de doutorado de Marcus Vinícius Costa Duarte, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), trata do “estudo da evolução de galáxias através de diagramas de diagnóstico e síntese espectral”.

A questão principal é justamente estudar como essas galáxias evoluem nesses ambientes de superaglomerados, pois trata-se, como Duarte explica, de “ambientes com alta densidade de galáxias, com fenômenos de interação que influenciam nessa evolução”. Para isso, e tomando esses ambientes como laboratórios cosmológicos, a primeira parte da tese foi a identificação desses superaglomerados de galáxias através da aplicação de métodos de campo de densidade e o estudo de suas propriedades, como população estelar, massa e outras características.

Para a identificação dos superaglomerados, foi criado um algoritmo com a função de diferenciar regiões mais densas e estudar a sua estrutura - utilizando também uma grande base de dados que disponibiliza a composição de mais de um milhão de galáxias (o Sloan Digital Sky Survey - SDSS). Associado a isso, outro fator determinante para estudar as propriedades desse ambiente foi a realização da síntese espectral, ou seja, com a observação em diversos comprimentos de ondas foi possível reproduzir o que cada espectro informa. Usando um código de síntese espectral (no caso, o Starlight) e a partir do conhecimento já estabelecido das estrelas e das populações estelares, é reproduzido um determinado espectro. Segundo Duarte, ele pode, por exemplo, saber se “uma galáxia que tem 60% de população velha, 20% de intermediária e 20% de jovem”.

Assim, “sabendo a fração de estrelas jovens e velhas numa galáxia, pode-se saber como ela formou estrelas no passado (estrelas velhas), ou se está formando estrelas no presente momento (população estelar muito jovem)”, explica Duarte. Outra observação a partir do estudo foi a comparação da influência nas galáxias em superaglomerados com diferentes riquezas e morfologias. Com isso, identificou que a morfologia não influencia na população das galáxas, ou seja, ela é basicamente a mesma por mais que as formas sejam diferentes. Já a riqueza, por outro lado, influencia na população estelar das galáxias, pois as estruturas mais ricas apresentam população mais velha. Porém, trata-se, segundo Duarte, de uma influência local, e não global, pois “uma ponta do superaglomerado não influencia na formação estelar que está na outra ponta, as regiões locais de alta densidade é que influenciam”.

Outra parte do estudo se deu através dos diagramas de diagnóstico, no qual foi possível obter características de galáxias através da comparação de linhas de emissão. Assim, Duarte obteve que galáxias mais massivas evoluem mais rápido, apresentando predominantemente populações estelares velhas. Por outro lado, galáxias menos massivas apresentam um contínuo de populações estelares jovens e, consequentemente, intensas linhas de emissão. O resultado obtido é que nas galáxias menos massivas o processo de  formação estelar é predominante, já as galáxias mais massivas é caracterizada pelas fases de núcleos ativos (AGN). Duarte ainda obteve outros resultados: “observamos também que dentre essas galáxias mais massivas há a presença de galáxias aposentadas, ou seja, galáxias que não formam mais estrelas”.

Novo método de síntese espectral - Análise de Componentes Principais (PCA)

A última parte do estudo é caracterizada por ser mais técnica. Nela, Duarte propôs um novo método de síntese espectral, ainda em desenvolvimento. Por meio de um método de álgebra linear, compactou a informação gerada, reduzindo os milhares de pixels de outrora para poucos componentes. Assim, há um processo de identificação de galáxias mais rápido. Como explica Duarte: “Simulamos galáxias no computador com diferentes quantidades de poeira, metalicidades, idades. Ou seja, cobrimos esse espaço com características de galáxias simuladas que conhecemos, explorando este espaço, e assim podemos pegar uma galáxia observada que eu não sabemos suas propriedades e, se ela for projetada e estiver nesse espaço perto de galáxias com formação estelar, posso falar também que se trata de uma galáxia com formação estelar”.