Nascimento de estrela tripla: desvendando o mistério com o ALMA

Observando as complexidades da criação de estrelas, uma equipe de pesquisa internacional revelou insights impressionantes sobre a formação de sistemas estelares triplos. 

Liderada pelo professor Jeong-Eun Lee da Universidade Nacional de Seul, a equipa recorreu ao Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para investigar a intrincada estrutura de gás que rodeia as protoestrelas no sistema triplo, IRAS 04239+2436. 

Impressão de artista da protoestrela tripla, IRAS 04239+2436. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Através do seu estudo, eles captaram os sinais de rádio das moléculas de monóxido de enxofre (SO), semelhante a ouvir um sussurro no meio de uma multidão movimentada. Esses sinais agiram como migalhas cósmicas, levando a equipe à descoberta de três colossais braços espirais.

Descobriu-se que esses braços servem como 'flâmulas', uma correia transportadora cósmica que transporta material para as estrelas recém-nascidas. Ao justapor as suas observações com simulações numéricas lideradas pelo professor Tomoaki Matsumoto da Universidade Hosei, a equipa descobriu as origens misteriosas destas serpentinas. Isto marca a primeira vez que compreendemos como estas serpentinas se formam no meio da dança dinâmica da formação estelar, lançando luz sobre um processo tão fascinante quanto complexo.

As estrelas nem sempre brilham sozinhas. Na verdade, mais da metade deles nascem como parte de sistemas estelares múltiplos. Mas exatamente como essas estrelas múltiplas surgiram é um mistério que os cientistas vêm tentando resolver há muito tempo. Portanto, resolver o mistério do mecanismo de formação de estrelas múltiplas é muito importante para uma teoria abrangente da formação estelar.

Até agora, houve vários cenários propostos para a formação de múltiplas estrelas, e as discussões sobre os cenários de formação ainda não convergiram. Para compreender o processo de formação de múltiplas estrelas, é necessário observar diretamente o momento em que nascem múltiplas protoestrelas (estrelas em formação), com a alta resolução e sensibilidade de uma instalação como o ALMA.

Além disso, recentemente, os cientistas que observaram estas estrelas bebés, ou protoestrelas, notaram algo intrigante. Eles viram estruturas feitas de gás, que apelidaram de “flâmulas”. Esses rios cósmicos fluem e transportam materiais vitais direto para as protoestrelas.

Observar as serpentinas é crucial porque elas mostram como as protoestrelas absorvem gás para crescer, mas como essas serpentinas se formam ainda não está claro. Uma vez que se espera que os fluxos de gás em torno das protoestrelas de sistemas multiestelares tenham uma estrutura complexa, a observação detalhada com a alta resolução do ALMA é uma ferramenta poderosa para investigar a origem das serpentinas.

A equipa utilizou o ALMA para observar as ondas de rádio emitidas pelas moléculas de monóxido de enxofre (SO) em torno do jovem sistema estelar múltiplo IRAS 04239+2436. IRAS 04239+2436 é um “sistema protoestrelar trinário”, ou seja, um sistema que consiste em três protoestrelas localizadas a cerca de 460 anos-luz de distância de nós.

A equipe de pesquisa esperava detectar moléculas de SO2 na área onde as ondas de choque estão presentes e ver o movimento violento do gás ao redor das protoestrelas. Como resultado das observações, eles detectaram moléculas de SO em torno das protoestrelas triplas. Eles descobriram que a distribuição das moléculas de SO forma grandes braços espirais que se estendem até 400 unidades astronômicas. Além disso, eles obtiveram com sucesso a velocidade do gás contendo moléculas de SO com base na mudança de frequência das ondas de rádio devido ao efeito Doppler.

De acordo com a análise do movimento do gás, descobriu-se que os braços espirais traçados pelas moléculas de SO são de fato correntes fluindo em direção às protoestrelas triplas.

"A característica mais profunda das nossas imagens ALMA são as grandes estruturas de braços múltiplos bem delineadas detectadas nas emissões de SO," diz Lee, explicando o significado desta descoberta. "A minha primeira impressão foi que as estruturas dançavam juntas, girando em torno do sistema protoestelar central, embora mais tarde tenhamos descoberto que os braços espirais são canais de material que alimentam as estrelas bebés."

Para investigar mais detalhadamente o movimento do gás, a equipe comparou a velocidade do gás observada com simulações numéricas que modelam a formação de múltiplas estrelas dentro de uma nuvem de gás natal. Essas simulações foram realizadas usando "ATERUI" e "ATERUI II" [1], supercomputadores dedicados à astronomia no Centro de Astrofísica Computacional do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ).

Na simulação, três protoestrelas se formam na nuvem de gás, e o gás perturbado em torno das protoestrelas triplas excita ondas de choque na forma de braços espirais. "Descobrimos que os braços espirais exibem fluxos de gás em direção às protoestrelas triplas; são serpentinas que fornecem gás às protoestrelas," diz Matsumoto, que liderou as simulações numéricas nesta investigação. “A velocidade do gás derivada das simulações e das observações corresponde bem, indicando que a simulação numérica pode de fato explicar a origem das serpentinas”.

A equipe de pesquisa investigou como esta protoestrela tripla nasceu, comparando as observações com as simulações numéricas. Até agora, foram propostos dois cenários para a formação de estrelas múltiplas. O primeiro é o “cenário de fragmentação turbulenta”, no qual a turbulenta nuvem de gás se fragmenta em condensações de gás, cada uma evoluindo para uma protoestrela. O segundo é o “cenário de fragmentação do disco”, onde o disco de gás que rodeia um fragmento de protoestrela forma uma nova protoestrela, dando origem a múltiplas estrelas.

A protoestrela tripla observada aqui pode ser explicada por um cenário híbrido em que o processo de formação estelar começa como uma nuvem turbulenta de gás natal, semelhante ao cenário de fragmentação turbulenta. Então as sementes de novas protoestrelas são produzidas no disco como no cenário de fragmentação do disco e a turbulência do gás circundante faz com que os braços espirais se estendam amplamente.

Os resultados observacionais são muito semelhantes aos resultados da simulação, indicando que as protoestrelas triplas observadas são os primeiros objetos confirmados para demonstrar a formação de estrelas múltiplas por um cenário híbrido. Matsumoto diz: "Esta é a primeira vez que a origem das protoestrelas e dos streamers foi esclarecida simultaneamente e de forma abrangente. A poderosa sinergia entre as observações do ALMA e as simulações avançadas está a revelar os mistérios ocultos da formação estelar."

Lee sugere que este estudo também esclarece a dificuldade da formação de planetas em múltiplos sistemas estelares. Ela diz: "Os planetas nascem em discos de gás e poeira que se formam em torno de protoestrelas. No caso deste sistema protoestrelo triplo, as protoestrelas estão localizadas dentro de uma pequena área, os discos ao redor das protoestrelas são pequenos e as protoestrelas em órbita retiram os discos de outras protoestrelas.

Os planetas se formam em um ambiente calmo durante um longo período. Portanto, é improvável que IRAS 04239+2436 seja um ambiente propício para a formação de planetas."

Matsumoto discute o impacto deste estudo na nossa compreensão da formação de múltiplas estrelas.

"A observação real de um sistema multiestelar em formação através do cenário híbrido contribuirá significativamente para a resolução de debates sobre múltiplos cenários de formação estelar. Além disso, esta investigação confirmou a existência das serpentinas recentemente notadas e explicou como se formaram, marcando um avanço significativo. "

Fonte: Almaobservatory.org