VLA revela novas evidências sobre a formação de planetas e estrelas

Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.

Um estudo detalhado de jovens estrelas e do ambiente ao redor delas, tem produzido novas e dramáticas evidências sobre a forma como sistemas de múltiplas estrelas se formam e como os discos de poeira, que são o material bruto para a formação de planetas, crescem ao redor de jovens estrelas.

Equipas de cientistas, usaram o rádio telescópio Very Large Array (VLA) para estudar aproximadamente 100 estrelas recém-nascidas numa nuvem de gás e poeira a cerca de 750 anos-luz de distância da Terra, onde novas estrelas estão se formando.

Imagens feitas desse estudo mostraram detalhes sem precedentes de um grande número de estrelas jovens, e estão ajudando os astrônomos a resolverem questões importantes sobre como as estrelas, as estrelas binárias, e os planetas nascem. Os astrônomos apresentaram seus resultados no congresso da American Astronomical Society, em Kissimmee, na Flórida.

Observando os sistemas de múltiplas estrelas jovens, uma equipa concluiu que dois diferentes mecanismos de formação podem estar trabalhando para produzir esses sistemas. Eles notaram que os sistemas que eles estudaram são de dois tipos distintos, com base na distância entre as estrelas no sistema. Os sistemas mais próximos tinham estrelas separadas por cerca de 75 vezes a distância da Terra ao Sol, e outro grupo tinha estrelas separadas por cerca de 3000 vezes a distância entre a Terra e o Sol. Eles também descobriram que mais de metade das estrelas mais jovens que eles estudaram estavam em sistemas múltiplos, sugerindo que a formação de estrelas tende a produzir múltiplos sistemas ao invés de estrelas simples.

Crédito: Tobin, et al., NRAO/AUI/NSF.

“Alguns processos diferentes têm sugerido como sistemas estelares múltiplos se formam, e os nossos resultados indicam que a separação entre as estrelas pode nos dizer quais desses processos são responsáveis por um sistema particular”, disse John Tobin, do Observatório de Leiden na Holanda.

As estrelas se formam em gigantescas nuvens de gás e poeira, quando o material tênue nessas nuvens colapsa gravitacionalmente em núcleos que então começam a adicionar mais material. O material forma um disco de rotação ao redor da estrela jovem. Eventualmente, a estrela jovem aglutina massa suficiente para criar condições de temperatura e pressão em seu centro que irão disparar as reações termonucleares. O disco em rotação ao redor da estrela fornece o material para os planetas se formarem.

Crédito: Tobin et al., NRAO/AUI/NSF.

Os pesquisadores concluíram que mais sistemas múltiplos vastamente separados se formam através da fragmentação turbulenta da nuvem maior, enquanto que os sistemas mais próximos são o resultado da fragmentação que acontece dentro do disco de material orbitando a protoestrela original. Eles também descobriram que sistemas mais velhos tinham menos companheiras vastamente separadas do que o grupo mais jovem de protoestrelas. Isso, disseram eles, sugere que talvez algumas estrelas jovens que se formam como sistemas vastamente separados não ficam gravitacionalmente presas e derivam para longe uma da outra com o passar do tempo.

Outra equipa, liderada por Dominique Segura-Cox, da Universidade de Illinois, descobriu que os discos empoeirados ao redor de algumas das protoestrelas são maiores do que os modelos teóricos previam. Esses discos são essenciais para a formação de planetas, algumas companheiras binárias, e a habilidade das jovens estrelas de agregarem material adicional. Apesar do papel fundamental nesses processos, contudo, os mecanismos de formação têm sido debatidos entre os astrônomos.

À medida que o material cai em direção à estrela jovem, ele leva junto os campos magnéticos. Os teóricos sugerem que esses campos, que tornam-se mais fortes à medida que eles são concentrados mais perto da estrela, poderiam ser alinhados de modo a reduzirem de forma dramática a rotação do disco, limitando o seu tamanho. Modelos teóricos previram esse efeito, chamado de freio magnético, que limitaria os discos a um raio de cerca de 10 vezes a distância entre a Terra e o Sol, ou seja, um pouco mais da distância entre a Terra e Saturno.

“Nós descobrimos discos com raios que eram no mínimo entre 15 e 30 vezes a distância da Terra ao Sol, algo muito maior do que o modelo do freio magnético permitiria”, disse Segura-Cox. “Esse é o limite inferior, e os discos podem na verdade ser muito maiores. Estudos de outros sistemas têm indicado que os discos são maiores quando são observados nas frequências de rádio, diferentes daquelas usadas nesse projeto”, adicionou ela.

Uma explicação para discos de tamanhos maiores pode ser que em alguns sistemas, o campo magnético e o eixo de rotação da estrela estão desalinhados, uma configuração que reduz o efeito de freio magnético. Evidências para isso têm sido observadas em alguns objetos, dizem os pesquisadores.

Em outro estudo publicado em Dezembro de 2015, uma equipa usou dados do mesmo projeto para perceber que o material caindo na direção de uma protoestrela está contorcendo as linhas de campo magnético e mudando sua configuração. Esse estudo, que mediu o alinhamento do campo magnético perto da estrela, indica um mecanismo para minimizar o efeito de freio magnético.

Essas observações de discos ao redor de estrelas jovens sugerem que todos os elementos necessários para a formação de planetas estão presentes bem no início da vida de uma estrela. Além disso, é provável que já existam partículas com alguns centímetros de tamanho nesses jovens discos, significando que o crescimento de sólidos progride rapidamente”, disse Tobin.

Discos ao redor de jovens estrelas na Nuvem Molecular de Perseus.
Crédito: Segura-Cox, et al., NRAO/AUI/NSF.

As imagens para esse trabalho vieram de um projeto chamado VLA Nascent Disk and Multiplicity Survey (VANDAM). Essa pesquisa usou 264 horas de observação do VLA, entre 2013 e 2015 para estudar protoestrelas na Nuvem Molecular de Perseus, a cerca de 750 anos-luz de distância da Terra. A Nuvem Molecular de Perseus, contém material de aproximadamente 10000 sóis, e é uma das regiões mais próximas onde as estrelas de pouca massa e de massa intermediária estão se formando de forma ativa, e isso serve como um valioso laboratório para os astrônomos procurarem entender o processo de formação de estrelas.

“Essa pesquisa amostrou o maior número de estrelas jovens, e revelou objetos mais apagados do que estudos anteriores, e fez isso em grande detalhe. A informação que essa pesquisa forneceu melhorou e muito o nosso conhecimento”, disse Tobin.

“Os discos que nós estudamos são difíceis de serem observados já que eles são obscurecidos pela nuvem onde eles estão se formando, mas essas novas observações feitas com o VLA revelam os discos e fornecem dados críticos sobre o mecanismo de formação”, disse Segura-Cox.

O National Radio Astronomy Observatory é uma instalação da National Science Foundation, operado sob um contrato administrativo com Associated Universities, Inc.

Fonte: NRAO