Essas quatro imagens obtidas pelo telescópio espacial Hubble da NASA revelam o nascimento caótico de estrelas no complexo de Orion, a principal região de formação de estrelas mais próxima da Terra. Os instantâneos mostram estrelas nascentes enterradas em casulos gasosos empoeirados anunciando seus nascimentos por meio de ventos poderosos e pares de giros, jatos do tipo irrigador de gramado disparando em direções opostas. A luz do infravermelho próximo perfura a região empoeirada para revelar detalhes do processo de parto. As saídas estelares estão cavando cavidades dentro da nuvem de gás hidrogênio. Este estágio de nascimento relativamente breve dura cerca de 500, 000 anos. Embora as próprias estrelas estejam envoltas em poeira, eles emitem radiação poderosa, que atinge as paredes da cavidade e espalha os grãos de poeira, iluminando com luz infravermelha as lacunas nos envelopes gasosos. Os astrônomos descobriram que as cavidades na nuvem de gás circundante esculpida pelo fluxo de uma estrela em formação não cresciam regularmente à medida que amadureciam, como as teorias propõem. As jovens estrelas nessas imagens são apenas um subconjunto de um estudo ambicioso de 304 estrelas em desenvolvimento, o maior até hoje. Os pesquisadores usaram dados previamente coletados dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA e do telescópio espacial Herschel da Agência Espacial Européia. As proto-estrelas foram fotografadas em luz infravermelha pela Wide Field Camera 3 do Hubble. As imagens foram tiradas em 14 de novembro, 2009, e 25 de janeiro, 11 de fevereiro, e 11 de agosto, 2010. Crédito:NASA, ESA, e N. Habel e S. T. Megeath (Universidade de Toledo)
As estrelas não têm vergonha de anunciar seus nascimentos. À medida que nascem do colapso de nuvens gigantes de gás hidrogênio e começam a crescer, eles lançam ventos semelhantes a furacões e giros, jatos do tipo irrigador de gramado disparando em direções opostas.
Esta ação esculpe cavidades enormes nas nuvens de gás gigantes. Os astrônomos pensaram que esses acessos de raiva estelares acabariam por limpar a nuvem de gás circundante, interrompendo o crescimento da estrela. Mas em uma análise abrangente de 304 estrelas novatas no Complexo de Orion, a região de formação estelar mais próxima da Terra, os pesquisadores descobriram que a eliminação do gás pelo escoamento de uma estrela pode não ser tão importante na determinação de sua massa final como sugerem as teorias convencionais. O estudo foi baseado em dados previamente coletados dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA e do Telescópio Espacial Herschel da Agência Espacial Européia.
O estudo deixa os astrônomos ainda se perguntando por que a formação de estrelas é tão ineficiente. Apenas 30% da massa inicial de uma nuvem de gás hidrogênio acaba como uma estrela recém-nascida.
Embora nossa galáxia seja uma cidade imensa de pelo menos 200 bilhões de estrelas, os detalhes de como eles se formaram permanecem em grande parte envoltos em mistério.
Os cientistas sabem que as estrelas se formam a partir do colapso de enormes nuvens de hidrogênio que são comprimidas pela gravidade até o ponto em que a fusão nuclear é iniciada. Mas apenas cerca de 30 por cento da massa inicial da nuvem termina como uma estrela recém-nascida. Para onde vai o resto do hidrogênio durante um processo tão ineficiente?
Supõe-se que uma estrela recém-formada libere 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. Esses fogos de artifício devem impedir o crescimento da estrela central. Mas um novo, pesquisa abrangente do Hubble mostra que esta explicação mais comum não parece funcionar, deixando os astrônomos confusos.
Os pesquisadores usaram dados coletados anteriormente dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA e do Telescópio Espacial Herschel da Agência Espacial Europeia para analisar 304 estrelas em desenvolvimento, chamados proto-estrelas, no Complexo de Orion, a principal região de formação de estrelas mais próxima da Terra. (Spitzer e Herschel não estão mais operacionais.)
Neste maior levantamento de estrelas nascentes até hoje, os pesquisadores estão descobrindo que a eliminação do gás pelo escoamento de uma estrela pode não ser tão importante na determinação de sua massa final como sugerem as teorias convencionais. O objetivo dos pesquisadores era determinar se os fluxos estelares interrompiam o fluxo de gás em uma estrela e impediam seu crescimento.
Em vez de, eles descobriram que as cavidades na nuvem de gás circundante esculpida pelo fluxo de uma estrela em formação não cresciam regularmente à medida que amadureciam, como as teorias propõem.
Esta imagem baseada no solo oferece uma visão ampla de todo o complexo da nuvem Orion, a principal região de formação de estrelas mais próxima da Terra. O material vermelho é gás hidrogênio ionizado e aquecido pela radiação ultravioleta de estrelas massivas de Orion. As estrelas estão se formando em nuvens de gás hidrogênio frio que são invisíveis ou aparecem como regiões escuras nesta imagem. A forma crescente é chamada de Loop de Barnard e envolve parcialmente a figura da constelação de inverno de Órion, o Caçador. O cinto do caçador é a cadeia diagonal de três estrelas no centro da imagem. Seus pés são as estrelas brilhantes Saiph (canto inferior esquerdo) e Rigel (canto inferior direito). Esta paisagem abrange dezenas de milhares de estrelas que se formaram e ganharam vida. Muitos ainda estão encerrados em seus casulos natais de gás e poeira e só são vistos na luz infravermelha. A linha ondulante de pontos amarelos, começando no canto inferior esquerdo, é uma imagem sobreposta de 304 estrelas nascentes tirada pelo telescópio espacial Hubble da NASA. Esta paisagem abrange dezenas de milhares de estrelas que se formaram e ganharam vida. Muitos ainda estão encerrados em seus casulos natais de gás e poeira e só são vistos na luz infravermelha. Os pesquisadores usaram os telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA e o Telescópio Espacial Herschel da Agência Espacial Europeia para analisar como as saídas de estrelas jovens esculpem cavidades nas vastas nuvens de gás. O estudo é o maior levantamento já feito sobre estrelas em desenvolvimento. Crédito:R. B. Andreo, DeepSkyColors.com; Sobreposição de dados:NASA, ESA, STScI, N. Habel e S. T. Megeath (Universidade de Toledo)
"Em um modelo de formação estelar, se você começar com uma pequena cavidade, à medida que a proto-estrela rapidamente se torna mais evoluída, seu fluxo cria uma cavidade cada vez maior até que o gás circundante seja eventualmente expelido, deixando uma estrela isolada, "explicou o pesquisador principal Nolan Habel, da Universidade de Toledo, em Ohio.
"Nossas observações indicam que não há crescimento progressivo que possamos encontrar, portanto, as cavidades não estão crescendo até que empurrem para fora toda a massa da nuvem. Então, there must be some other process going on that gets rid of the gas that doesn't end up in the star."
The team's results will appear in an upcoming issue of The Astrophysical Journal .
Uma estrela nasce
During a star's relatively brief birthing stage, lasting only about 500, 000 anos, the star quickly bulks up on mass. What gets messy is that, as the star grows, it launches a wind, as well as a pair of spinning, lawn-sprinkler-style jets shooting off in opposite directions. These outflows begin to eat away at the surrounding cloud, creating cavities in the gas.
Popular theories predict that as the young star evolves and the outflows continue, the cavities grow wider until the entire gas cloud around the star is completely pushed away. With its gas tank empty, the star stops accreting mass—in other words, it stops growing.
To look for cavity growth, the researchers first sorted the protostars by age by analyzing Herschel and Spitzer data of each star's light output. The protostars in the Hubble observations were also observed as part of the Herschel telescope's Herschel Orion Protostar Survey.
Then the astronomers observed the cavities in near-infrared light with Hubble's Near-infrared Camera and Multi-object Spectrometer and Wide Field Camera 3. The observations were taken between 2008 and 2017. Although the stars themselves are shrouded in dust, they emit powerful radiation which strikes the cavity walls and scatters off dust grains, illuminating the gaps in the gaseous envelopes in infrared light.
The Hubble images reveal the details of the cavities produced by protostars at various stages of evolution. Habel's team used the images to measure the structures' shapes and estimate the volumes of gas cleared out to form the cavities. From this analysis, they could estimate the amount of mass that had been cleared out by the stars' outbursts.
"We find that at the end of the protostellar phase, where most of the gas has fallen from the surrounding cloud onto the star, a number of young stars still have fairly narrow cavities, " said team member Tom Megeath of the University of Toledo. "So, this picture that is still commonly held of what determines the mass of a star and what halts the infall of gas is that this growing outflow cavity scoops up all of the gas. This has been pretty fundamental to our idea of how star formation proceeds, but it just doesn't seem to fit the data here."
Future telescopes such as NASA's upcoming James Webb Space Telescope will probe deeper into a protostar's formation process. Webb spectroscopic observations will observe the inner regions of disks surrounding protostars in infrared light, looking for jets in the youngest sources. Webb also will help astronomers measure the accretion rate of material from the disk onto the star, and study how the inner disk is interacting with the outflow.
