p Pesquisando o céu por quase quatro anos para observar o brilho da poeira cósmica fria embutida em nuvens interestelares de gás, o Observatório Espacial Herschel forneceu aos astrônomos um vislumbre sem precedentes dos berços estelares de nossa Galáxia. Como resultado, avanços gigantescos foram dados em nossa compreensão dos processos físicos que levam ao nascimento das estrelas e seus sistemas planetários. p "Somos feitos de estrelas, "o astrônomo Carl Sagan disse a famosa frase:como os átomos que nos fazem - nossos corpos, nossas casas, nosso planeta - vêm em grande parte de gerações anteriores de estrelas.

p De fato, estrelas e planetas nascem continuamente nos bolsos mais densos e frios de nuvens moleculares, onde eles tomam forma de uma mistura que consiste principalmente de gás, mas também contém pequenas quantidades de poeira misturada.

p Como parte de um processo de reciclagem cósmica, as estrelas também devolvem seu material reprocessado após sua morte, enriquecendo este meio interestelar que permeia todas as galáxias, incluindo nossa Via Láctea, com elementos pesados ​​produzidos em suas fornalhas nucleares e durante as violentas explosões que acabam com a vida das estrelas mais massivas.

p Os astrônomos sabem há muito tempo que as estrelas tomam forma à medida que o material interestelar se junta e se condensa, então se divide em fragmentos - as sementes de estrelas futuras - mas muitos detalhes desse processo complexo permaneceram obscuros até não muito tempo atrás.

p O que mudou a situação na compreensão de como as estrelas nascem foi o Observatório Espacial Herschel da ESA, uma missão pioneira que foi lançada em 2009 e operou até 2013.

p Um observatório único

p Dar sentido ao Universo em que vivemos é um esforço fascinante forjado ao longo de milhares de anos pelo trabalho incessante de incontáveis ​​pensadores antigos dedicados, filósofos, e mais recentemente, por cientistas. Este processo contínuo é pontuado por grandes descobertas, muitas vezes possibilitado pelo início de uma nova instrumentação que abre outra janela para o mundo, amplificando ou expandindo nossos sentidos.

p Permitindo que os astrônomos observassem mais longe e com mais detalhes nos últimos quatro séculos, o telescópio foi a chave para estabelecer nossa compreensão física do cosmos. De forma similar, o progresso em detectores astronômicos - do olho humano às placas fotográficas, algumas centenas de anos atrás, e para uma ampla variedade de dispositivos eletrônicos ao longo do século passado - foi tão revolucionário quanto o desenvolvimento dessas investigações.

p A descoberta de luz em comprimentos de onda diferentes da banda visível, no século dezenove, e sua aplicação à astronomia no século XX, promoveram este processo, revelando classes inteiramente novas de fontes e fenômenos cósmicos, bem como aspectos inesperados de outros conhecidos.

p Quanto mais frio é um objeto, quanto mais comprimentos de onda de luz ele emite, portanto, observar o céu nos domínios do infravermelho distante e submilímetro fornece acesso a algumas das fontes mais frias do Universo, incluindo gás frio e poeira com temperaturas de 50 K e até menos.

p Ostentando um telescópio com um espelho primário de 3,5 metros - o maior já observado em comprimentos de onda do infravermelho distante - e detectores resfriados até um pouco acima do zero absoluto, O Herschel pode realizar observações com sensibilidade e resolução espacial sem precedentes nos comprimentos de onda que são cruciais para mergulhar no emaranhado de nuvens em formação de estrelas.

p Isso tornou o Herschel muito mais capaz de mapear a emissão direta da poeira fria do que seus predecessores, que incluem o Satélite Astronômico Infravermelho Americano-Holandês-Britânico (IRAS), Observatório Espacial Infravermelho (ISO) da ESA, Telescópio Espacial Spitzer da NASA, e o satélite Akari da JAXA.

p A poeira é um componente secundário, mas crucial, do meio interestelar que obscurece as observações em comprimentos de onda ópticos e infravermelhos. Como tal, há muito tempo impedia os astrônomos de chegar ao fundo da formação estelar, em nossa Via Láctea, bem como em outras, galáxias mais distantes.

p Herschel mudou completamente a situação. Em vez de ser um problema, a poeira tornou-se um recurso crucial para os astrônomos:brilhando intensamente nos comprimentos de onda sondados pelo observatório, poeira poderia ser usada como um traçador de gás interestelar em toda a Galáxia e, mais importante, de suas regiões mais densas - as nuvens moleculares - onde se desenvolve a formação de estrelas.

p Além disso, Herschel forneceu a possibilidade única de observar, com cobertura e resolução espectral sem precedentes, um vasto número de linhas no espectro de nuvens de gás produzidas por átomos e moléculas que estão presentes, embora em pequenas quantidades, no gás. Junto com a observação da poeira, essas linhas atômicas e moleculares foram fundamentais para rastrear as propriedades do gás em um grande número de nuvens formadoras de estrelas.

p Vários dos principais programas do Herschel foram dedicados a estudar o nascimento de estrelas em nuvens moleculares, perto e longe, em nossa galáxia.

p Com destaque entre eles, a Pesquisa do Cinturão de Herschel Gould concentrou-se em áreas perto de casa, reunindo observações excepcionalmente detalhadas das regiões de formação estelar mais próximas, que estão localizados nas nuvens, formando coletivamente um anel gigante a 1.500 anos-luz do sol. Outro projeto, a pesquisa de imagem Herschel de objetos OB Young Stellar, olhou especificamente para como as estrelas massivas nascem. E finalmente, o Inquérito Herschel infravermelho do Plano Galáctico realizou um censo completo de viveiros estelares ao longo da Via Láctea, coletando uma visão de 360 ​​graus do Plano Galáctico.

p Esses três programas de observação gastaram mais de 1.500 horas de observações para investigar a formação de estrelas.

p Filamentos em abundância

p A descoberta mais surpreendente que emergiu dessas extensas pesquisas foi uma vasta e intrincada rede de estruturas filamentosas tecendo seu caminho através da Galáxia.

p Encontrar filamentos em si não era uma novidade - estruturas semelhantes já haviam sido detectadas em décadas anteriores - mas sua presença onipresente era definitivamente notável.

p Herschel foi o primeiro observatório a revelar filamentos em quase todos os lugares do meio interestelar, desde os pequenos, apenas alguns anos-luz de comprimento, a fios gigantes que se estendem por centenas de anos-luz.

p Essas estruturas foram encontradas em todos os tipos de nuvens, também naqueles sem formação contínua de estrelas. Os astrônomos se perguntaram:por que alguns filamentos produzem estrelas, enquanto outros não?

p A abundância de novos dados revelou não só que os filamentos são onipresentes, mas também que parecem ter propriedades muito semelhantes, pelo menos em nossa vizinhança local. Independentemente de seu comprimento, todos os filamentos observados em nuvens próximas têm largura universal - cerca de um terço de um ano-luz.

p A origem desses filamentos interestelares e de sua largura universal está provavelmente ligada à dinâmica turbulenta do gás nas nuvens interestelares. Na verdade, a largura corresponde à escala típica onde o gás sofre a transição do estado supersônico para subsônico, sugerindo que os filamentos surgem como resultado da turbulência supersônica nas nuvens.

p Formação de estrelas de baixa massa

p Depois de 2010, quando os primeiros estudos de observações de Herschel foram publicados, ficou claro que os filamentos interestelares são elementos cruciais no processo de formação de estrelas.

p As evidências das observações do Herschel continuaram a se acumular nos anos seguintes.

p Os filamentos parecem preceder a formação de estrelas em nossa galáxia e, em alguns casos, eles o facilitam. Mas apenas os filamentos que excedem um limite mínimo de densidade parecem estar ativos na produção de estrelas.

p Levando em consideração as evidências acumuladas, astrônomos desenvolveram um novo modelo para explicar como estrelas de baixa massa, como nosso sol, são nascidos. Neste cenário de duas etapas, primeiro, uma teia de filamentos surge da turbulência, movimentos supersônicos de gás no material interestelar. Mais tarde, mas apenas nos filamentos mais densos, a gravidade assume:os filamentos tornam-se instáveis ​​e se fragmentam em aglomerados que, por sua vez, começam a se contrair e, eventualmente, a criar núcleos pré-estelares - as sementes de futuras estrelas.

p Mesmo que onipresente, os filamentos representam uma pequena fração da massa total que compõe o meio interestelar da Galáxia, e apenas os mais densos deles participam do processo altamente ineficiente de formação de estrelas.

p Embora as estruturas filamentosas densas sejam, sem dúvida, os locais preferidos para o nascimento estelar, Herschel também observou algumas estrelas que parecem estar se formando em regiões onde os filamentos não foram identificados.

p Formação de estrelas de alta massa

p Estrelas enormes, excedendo várias vezes a massa do Sol, são objetos raros, mas extremamente brilhantes e poderosos, que têm um impacto significativo em seu ambiente. Sua formação tem sido um enigma que não foi explicado por muitas décadas devido à dificuldade em conciliar a enorme pressão de radiação que surge quando eles tomam forma com o fato de que isso é suficiente para dispersar o material e interromper totalmente o processo de acréscimo.

p Por causa das massas maiores e saídas de energia envolvidas, essas estrelas devem ganhar vida em condições bem diferentes daquelas encontradas nos locais de nascimento de suas contrapartes de massa inferior. Conforme revelado pelas observações de Herschel, estrelas massivas parecem se formar nas proximidades de estruturas gigantescas, como cristas (maciças, filamentos de alta densidade) e hubs (aglomerados esféricos de matéria) que podem surgir na interseção de filamentos comuns.

p Com seus enormes reservatórios de gás e poeira, cumes e centros podem fornecer o fluxo sustentado de material necessário para apoiar o crescimento de enormes embriões estelares. Nesses ambientes extremos, também chamado de 'mini-starbursts', a formação de estrelas pode atingir níveis muito intensos, eventualmente dando origem a aglomerados estelares hospedando principalmente estrelas massivas.

p Ao destacar os diferentes fenômenos que levam à formação de estrelas de alta e baixa massa, Herschel também os reuniu dentro de uma estrutura comum. Como parte de um processo contínuo ocorrendo em todas as escalas, o material interestelar é agitado, comprimido e confinado em uma variedade de estruturas filamentares, cujo colapso posterior sob a gravidade e subsequente fragmentação dá origem a uma multiplicidade de estrelas diferentes.

p De novas respostas a novas perguntas

p Em menos de uma década, astrônomos usando os dados extraordinários de Herschel mostraram como o fenômeno aparentemente complexo da formação de estrelas pode ser entendido em termos de processos simples e universais. Observações de galáxias próximas indicam que processos semelhantes podem estar em ação também além dos limites de nossa Via Láctea.

p During its surveys of star-forming regions, Herschel has also observed many protoplanetary disks around very young stars, providing a glimpse into the raw material that will eventually build up these stars' planetary systems.

p Contudo, as new observations offer an answer to old questions, many new questions arise, some of which remain unanswered. Astronomers are still investigating a number of crucial aspects of star formation, such as the origin of filaments in molecular clouds, the dynamics of matter accretion, and the role of magnetic fields in the process.

p To address some of these questions, in particular the formation of filaments, Herschel observations of various molecular clouds have been compared with measurements of the magnetic field in these clouds, obtained using ESA's Planck satellite and ground-based observatories, as well as with predictions of numerical simulations. The comparisons show that the magnetic fields tend to be perpendicular to the densest, star-forming filaments and parallel to lower-density filaments, known as striations, that flow into the denser ones, contributing to their growth.

p Future studies and even more detailed observations will be needed to confirm and elucidate how magnetic fields do, as suggested, play a strong role in the process of star formation, contributing to deepening our understanding of this fascinating phenomenon.