Hubble mostra que fluxos torrenciais de protoestrelas podem não impedi-las de crescer

Embora a nossa Galáxia seja uma cidade imensa com pelo menos 200 mil milhões de estrelas, os detalhes de como se formaram permanecem envoltos em mistério.

Os cientistas sabem que as estrelas se formam a partir do colapso de enormes nuvens de hidrogénio que são comprimidas pela gravidade até ao ponto de ignição da fusão nuclear. Mas apenas mais ou menos 30% da massa inicial da nuvem termina como uma estrela recém-nascida. Para onde vai o resto do hidrogénio durante um processo tão ineficiente?

Supõe-se que uma estrela recém-formada liberte uma grande quantidade de gás quente por meio de jatos em forma de sabre de luz e ventos semelhantes a furacões lançados do disco circundante por poderosos campos magnéticos. Estes fogos de artifício devem impedir o crescimento da estrela central. Mas um novo e abrangente levantamento do Hubble mostra que esta explicação mais comum não parece funcionar, confundindo os astrónomos.

Os investigadores usaram dados previamente recolhidos pelos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA e pelo Telescópio Espacial Herschel da ESA para analisar 304 estrelas em desenvolvimento, chamadas protoestrelas, no complexo de Orionte, a maior e mais próxima região de formação estelar (o Spitzer e o Herschel já não estão operacionais).

Neste que é até à data o maior levantamento de estrelas nascentes, os cientistas estão a descobrir que a eliminação do gás pelo escoamento de uma estrela pode não ser tão importante na determinação da sua massa final como sugerem as teorias convencionais. O objetivo dos investigadores era determinar se os fluxos estelares interrompiam a queda de gás numa estrela e impediam o seu crescimento.

Em vez disso, descobriram que as cavidades na nuvem de gás circundante, esculpidas pelo fluxo de uma estrela em formação, não cresciam regularmente à medida que amadureciam, como propõem as teorias.

“Num modelo de formação estelar, se começarmos com uma pequena cavidade, à medida que a protoestrela rapidamente se torna mais evoluída, o seu fluxo cria uma cavidade cada vez maior até que o gás circundante é eventualmente expelido, deixando uma estrela isolada,” explicou o líder da investigação Nola Habel da Universidade de Toledo, no estado norte-americano do Ohio.

“As nossas observações indicam que não há um crescimento progressivo que podemos encontrar, de modo que as cavidades não estão a crescer até que empurrem toda a massa da nuvem. Portanto, deve haver algum outro processo a acontecer que elimina o gás que não acaba na estrela.”

Os resultados da equipa vão aparecer numa próxima edição da revista The Astrophysical Journal.

Nasce uma estrela

Durante o estágio relativamente breve de nascimento de uma estrela, que dura apenas mais ou menos 500.000 anos, a estrela rapidamente aumenta de massa. O que complica as coisas é que, conforme a estrela cresce, ela lança um vento, bem como um par de jatos giratórios parecidos a aspersores que disparam em direções opostas. Estes fluxos começam a corroer a nuvem circundante, criando cavidades no gás.

As teorias populares preveem que, à medida que a jovem estrela evolui e o fluxo continua, as cavidades ficam mais largas até que toda a nuvem de gás em torno da estrela é completamente afastada. Com o “tanque de combustível” vazio, a estrela para de acumular massa – por outras palavras, para de crescer.

Para procurar o crescimento da cavidade, os investigadores primeiro classificaram as protoestrelas por idade, analisando os dados do Herschel e Spitzer da emissão de luz de cada estrela. As protoestrelas nas observações do Hubble também foram observadas como parte do Levantamento de Protoestrelas de Orionte do telescópio Herschel.

De seguida, os astrónomos observaram as cavidades no infravermelho próximo com os instrumentos NICMOS (Near-infrared Camera and Multi-object Spectrometer) e WFC3 (Wide Field Camera 3). As observações foram feitas entre 2008 e 2017. Embora as próprias estrelas estejam envoltas em poeira, elas emitem radiação poderosa que atinge as paredes da cavidade e espalha grãos de poeira iluminando as lacunas nos invólucros gasosos no infravermelho.

As imagens do Hubble revelam os detalhes das cavidades produzidas pelas protoestrelas em vários estágios de evolução. A equipa de Habel usou as imagens para medir as formas das estruturas e estimar os volumes de gás libertados para formar as cavidades. A partir desta análise, puderam estimar a quantidade de massa que foi eliminada pelas explosões estelares.

“Descobrimos que no final da fase protoestelar, onde a maior parte do gás caiu da nuvem circundante para a estrela, várias estrelas jovens ainda têm cavidades bastante estreitas,” disse o membro da equipa Tom Megeath da Universidade de Toledo. “Então, esta imagem que ainda é comum sobre o que determina a massa de uma estrela e o que impede a queda do gás é que esta cavidade crescente do fluxo recolhe todo o gás. Isto tem sido fundamental para a nossa ideia de como a formação estelar continua, mas simplesmente não parece encaixar aqui nos dados.”

Futuros telescópios como o Telescópio Espacial James Webb da NASA vão investigar mais profundamente o processo de formação das protoestrelas. As observações espectroscópicas do Webb vão examinar as regiões internas dos discos que rodeiam as protoestrelas no infravermelho, procurando jatos nas fontes mais jovens. O Webb também ajudará os astrónomos a medir o ritmo de acreção de material do disco para estrela e estudará como o disco interno está a interagir com o fluxo.

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Toledo (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Formação estelar:
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Complexo da Nuvem de Orionte:
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Telescópio Espacial Hubble:
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Observatório Espacial Herschel:
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