DOI: 10.3847/1538-4357/acdd5b
Credibilidade: 989
#Protoestrela
Uma equipe de investigação internacional utilizou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar o sistema protoestrelo triplo IRAS 04239+2436, para investigar a estrutura detalhada do gás em torno das protoestrelas.
Como resultado, os cientistas, liderados por Jeong-Eun Lee, professor da Universidade Nacional de Seul, detectaram ondas de rádio emitidas por moléculas de monóxido de enxofre (SO) que indicam a presença de ondas de choque e descobriram que a sua distribuição forma três grandes braços espirais. Ao comparar a velocidade do gás obtida a partir das observações com simulações numéricas lideradas por Tomoaki Matsumoto, professor da Universidade Hosei, descobriram que os três braços espirais também desempenham um papel de “streamers” que alimentam materiais para as três protoestrelas. Embora a origem das serpentinas não seja clara, a combinação de observações e simulações revela, pela primeira vez, como as serpentinas se formam no processo dinâmico de formação estelar múltipla.
Estrelas bebês triplas estendem três braços para alimentar materiais
Mais de metade das estrelas nascem como membros de sistemas estelares múltiplos, mas o processo de formação de múltiplas estrelas não é bem compreendido. 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, observações recentes de protoestrelas relataram frequentemente estruturas de gás chamadas “streamers”, fluxos de gás em direção às protoestrelas.
Observar as serpentinas é importante porque elas mostram como as protoestrelas absorvem gás para crescer, mas ainda não está claro como essas serpentinas se formam. 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.
Observações e descobertas detalhadas
A equipe observou as ondas de rádio emitidas pelas moléculas de monóxido de enxofre (SO) em torno do jovem sistema estelar múltiplo IRAS 04239+2436, utilizando o ALMA. IRAS 04239+2436 é um “sistema protoestrela 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 em torno das protoestrelas. Como resultado das observações, eles detectaram moléculas de SO em torno das protoestrelas triplas e 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.”
Significância e Análise Comparativa
Para investigar melhor o movimento do gás, a equipe de investigação comparou a velocidade do gás derivada desta observação com a de simulações numéricas que reproduzem a formação de múltiplas estrelas dentro da nuvem de gás natal. Essas simulações foram realizadas usando supercomputadores “ATERUI” e “ATERUI II”,[1] 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 pesquisa. “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.”
Cenário Híbrido para Formação de Múltiplas Estrelas
Ao comparar as observações com as simulações numéricas, a equipe de investigação investigou como nasceu esta protoestrela tripla. Até agora, foram propostos dois cenários para a formação de estrelas múltiplas. O primeiro é o “cenário de fragmentação turbulenta”, no qual a nuvem turbulenta de gás se fragmenta em condensações de gás, cada uma das quais evolui para uma protoestrela. O segundo é o “cenário de fragmentação do disco”, onde o disco de gás que rodeia uma protoestrela se fragmenta para formar 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, e 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 combinação de observações e simulações do ALMA é uma ferramenta poderosa para revelar os segredos da formação estelar.”
Implicações para a formação do planeta e pesquisas futuras
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 protoestrela triplo, as protoestrelas estão localizadas dentro de uma pequena área, os discos ao redor das protoestrelas são pequenos e as protoestrelas em órbita separam os discos de outras protoestrelas. Os planetas se formam em um ambiente calmo durante um longo período. Portanto, é improvável que o 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 pesquisa não apenas confirmou a existência dos streamers recentemente notados, mas também explicou como eles se formaram, marcando um avanço significativo.”
Esta pesquisa foi apresentada no artigo “Triple Spiral Arms of a Triple Protostar System Imaged in Molecular Lines” de Jeong-Eun Lee et al. no Astrophysical Journal.
Publicado em 26/09/2023 02h11
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