Protoestrela ganha brilho resplandecente, remodelando o seu berçário estelar

No interior da Nebulosa Pata de Gato, vista numa imagem infravermelha obtida pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA (esquerda), o ALMA descobriu que uma estrela jovem está a sofrer um surto de crescimento intenso, brilhando quase 100 vezes do que antes e remodelando o seu berçário estelar (direita).Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Hunter; C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); NASA Spitzer

Uma protoestrela gigante, profundamente aninhada no seu berçário estelar poeirento, recentemente "rugiu" para a vida, brilhando quase 100 vezes mais do que antes. Esta explosão, aparentemente desencadeada por uma avalanche de gás formador de estrelas que chocou contra a superfície da estrela, apoia a teoria de que as estrelas jovens podem sofrer surtos de crescimento intenso que remodelam o seu ambiente. Os astrónomos fizeram esta descoberta comparando novas observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), no Chile, com observações anteriores do SMA (Submillimeter Array) no Hawaii.

"Tivemos a sorte de detetar esta espetacular transformação de uma estrela jovem e massiva," comenta Todd Hunter, astrónomo do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, no estado norte-americano de Virginia, autor principal de um artigo publicado na revista Astrophysical Journal Letters. "Através do estudo de uma densa nuvem de formação estelar, tanto com o ALMA como com o SMA, pudemos ver que algo dramático ocorreu, mudando completamente um berçário estelar ao longo de um período de tempo surpreendentemente curto."

Em 2008, antes da era do ALMA, Hunter e colegas usaram o SMA para observar uma porção pequena, mas ativa da Nebulosa Pata de Gato (também conhecida como NGC 6334), um complexo de formação estelar localizado a cerca de 5500 anos-luz da Terra na direção da constelação de Escorpião. Esta nebulosa é semelhante, em muitos aspetos, com a sua prima mais para norte, a Nebulosa de Orionte, que também está repleta de estrelas jovens, enxames e núcleos densos de gás que estão prestes a tornarem-se estrelas. A Nebulosa Pata de Gato, no entanto, está a formar estrelas a um ritmo mais rápido.

Imagem do ALMA da poeira brilhante no interior de NGC 6334I, um protoenxame que contém uma estrela jovem que está passar por um surto de crescimento intenso, provavelmente despoletado por uma avalanche de gás que cai sobre a sua superfície.Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

As observações iniciais, pelo SMA, desta região da nebulosa, apelidada NGC 6334I, revelaram o que parecia ser um típico protoenxame: uma nuvem densa de poeira e gás que abrigava várias estrelas ainda em crescimento.

As estrelas jovens formam-se nestas zonas quando regiões de gás se tornam tão densas que começam a colapsar sob a sua própria gravidade. Ao longo do tempo, formam-se discos de poeira e gás em torno destas estrelas nascentes e afunilam material para as suas superfícies, ajudando ao seu crescimento.

No entanto, este processo pode não ser inteiramente lento e estável. Os astrónomos agora pensam que as estrelas jovens podem também sofrer surtos espetaculares de crescimento, períodos em que rapidamente adquirem massa devorando vorazmente o gás da formação estelar.

As novas observações desta região pelo ALMA, obtidas em 2015 e 2016, revelam que, nos anos desde as observações originais do SMA, ocorreram mudanças dramáticas numa área do protoenxame chamada NGC 6334I-MM1. Esta região é agora quatro vezes mais brilhante em comprimentos de onda milimétricos, o que significa que a protoestrela central é quase 100 vezes mais luminosa do que antes. Os astrónomos especulam que a razão por trás deste aumento é um aglomerado invulgarmente grande de material que foi atraído para o disco de acreção da estrela, criando uma confusão de poeira e gás. 

Assim que o material acumulado se tornou suficiente, a confusão estourou, libertando uma avalanche de material sobre a estrela em crescimento. Este evento extremo de acreção aumentou consideravelmente a luminosidade da estrela, aquecendo a sua poeira circundante. Foi esta poeira quente e brilhante que os astrónomos observaram com o ALMA. Embora já tenham sido observados eventos semelhantes no infravermelho, esta é a primeira vez que tal evento foi identificado em comprimentos de onda milimétricos.

Para garantir que as mudanças observadas não eram o resultado de diferenças nos telescópios ou simplesmente um erro de processamento de dados, Hunter e colegas usaram os dados do ALMA como um modelo para simular com precisão o que o SMA - com as suas capacidades mais modestas - teria observado se realizasse operações parecidas em 2015 e 2016. Ao subtrair digitalmente as imagens reais de 2008 pelo SMA, das imagens simuladas, os astrónomos confirmaram que houve, de facto, uma mudança significativa e consistente num membro do protoenxame.

Comparando observações de dois telescópios diferentes, o ALMA e o SMA, os astrónomos notaram um surto massivo na nuvem de formação estelar. Dado que as imagens do ALMA são mais sensíveis e mostram detalhes mais finos, foi possível usá-las para simular o que o SMA poderia ter visto em 2015 e 2016. Ao subtraírem as imagens anteriores do SMA, das imagens simuladas, os astrónomos conseguiram ver uma mudança significativa em MM1 enquanto que as outras três fontes milimétricas (MM2, MM3 e MM4) permaneceram inalteradas.Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); SMA, Harvard/Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica

"Quando nos certificámos de que estávamos a comparar dois conjuntos de observações no mesmo 'campo de jogo', ficámos a saber que estávamos a testemunhar um momento muito especial no crescimento de uma estrela," realçou Crystal Brogan, também do NRAO e coautora do artigo.

Surgiu uma confirmação adicional deste evento em dados complementares obtidos pelo Observatório de Radioastronomia de Hartebeesthoek na África do Sul. Este observatório, com uma única antena, monitorizava sinais de rádio de masers na mesma região. Os masers são o equivalente natural, no rádio, aos lasers. São alimentados por uma variedade de processos energéticos em todo o Universo, incluindo surtos de estrelas em rápido crescimento.

Os dados do Observatório de Hartebeesthoek revelam um pico abrupto e dramático na emissão de masers desta região no início de 2015, apenas alguns meses antes da primeira observação do ALMA. Tal pico é precisamente o que os astrónomos esperariam ver caso uma protoestrela sofresse um grande crescimento. Estas observações acrescentam evidências à teoria de que a formação estelar é pontuada por uma sequência de eventos dinâmicos que constroem uma estrela, ao invés de um crescimento contínuo e suave," conclui Hunter. 

"Também nos dizem que é importante monitorizar estrelas jovens no rádio e em comprimentos de onda milimétricos, porque estes comprimentos de onda permitem-nos perscrutar as profundezas das mais jovens regiões de formação estelar. A observação destes eventos, no seu estágio mais inicial, pode revelar novos fenómenos do processo de formação das estrelas."

Fonte: Astronomia OnLine