p Usando o observatório ALMA no Chile, um grupo de astrônomos liderados por Henrik Beuther da MPIA fez a observação mais detalhada já feita sobre a forma como uma nuvem de gás gigante se fragmenta em núcleos densos, que então atuam como os locais de nascimento das estrelas. Os astrônomos descobriram que os mecanismos de fragmentação são bastante simples, resultante da combinação da pressão e da gravidade da nuvem. Recursos mais complexos, como linhas magnéticas ou turbulência, desempenham um papel menor do que se pensava anteriormente. p As estrelas nascem quando nuvens gigantes de gás e poeira entram em colapso. Sempre que uma das regiões em colapso se torna quente e densa o suficiente para a fusão nuclear se estabelecer, uma estrela nasce. Para estrelas massivas, ou seja, aquelas estrelas que exibem mais de oito vezes a massa do Sol, isso é apenas parte da imagem, no entanto. As maiores estrelas do Universo não nascem sozinhas. Eles nascem de enormes nuvens de gás molecular, que então formam uma cascata de fragmentos, com muitos dos fragmentos dando origem a uma estrela.

p Os astrônomos há muito se perguntam se esse modo de fragmentação de formação de estrelas requer mecanismos físicos diferentes do que para estrelas de massa inferior. As propostas incluem movimento turbulento de gás, o que poderia desestabilizar uma região e levar a um colapso mais rápido, ou campos magnéticos que poderiam se estabilizar e, assim, retardar o colapso.

p Os diferentes mecanismos devem deixar traços reveladores em regiões onde várias estrelas estão se formando. O colapso que leva à formação de estrelas de alta massa ocorre em uma hierarquia de diferentes níveis. Nas escalas maiores, a formação de estrelas envolve nuvens moleculares gigantes, que consistem principalmente de gás hidrogênio e podem atingir tamanhos entre algumas dezenas e mais de cem anos-luz de diâmetro. Dentro dessas nuvens, há aglomerados ligeiramente mais densos, normalmente alguns anos-luz de diâmetro. Cada aglomerado contém um ou mais núcleos densos, menos de um quinto de um ano-luz de diâmetro. Dentro de cada núcleo, o colapso leva à formação de uma única estrela ou de várias estrelas. Juntos, as estrelas produzidas nos núcleos de um único aglomerado formarão um aglomerado de estrelas.

p Escalas de fragmentação reveladoras

p As escalas dessa fragmentação em vários níveis dependem dos mecanismos envolvidos. O modelo mais simples pode ser escrito usando não mais do que a física do ensino médio:um gás ideal tem uma pressão que depende de sua temperatura e densidade. Em uma nuvem de gás simplificada, assumido como tendo densidade constante, essa pressão deve ser forte o suficiente em todos os lugares para equilibrar a força da gravidade (dada pela lei da gravidade de Newton) - mesmo no centro da nuvem, onde o impulso induzido pela gravitação para dentro de toda a matéria circundante é mais forte. Escreva esta condição, e você descobrirá que qualquer nuvem de densidade constante pode ter apenas um tamanho máximo. Se uma nuvem for maior do que este máximo, que é chamado de comprimento de jeans, a nuvem se fragmentará e entrará em colapso.

p A fragmentação de jovens aglomerados massivos é realmente dominada por esses processos comparativamente simples? Não precisa ser, e alguns astrônomos construíram cenários muito mais complexos, que incluem a influência do movimento turbulento do gás e das linhas do campo magnético. Esses mecanismos adicionais mudam as condições para a estabilidade da nuvem, e normalmente aumentam as escalas dos diferentes tipos de fragmento.

p Diferentes previsões para tamanhos de nuvem oferecem uma maneira de testar o cenário de física simples em comparação com seus concorrentes mais complexos. Isso é o que Henrik Beuther e seus colegas se propuseram a fazer quando observaram a região de formação estelar G351.77-0.54 na constelação Sul de Escorpião (O Escorpião). Observações anteriores indicaram que, nesta região, a fragmentação pode ser apanhada em flagrante. Mas nenhuma dessas observações foi poderosa o suficiente para mostrar a menor escala de interesse para responder à questão das escalas de fragmentação:os núcleos protoestelares, muito menos sua subestrutura.

p ALMA tem a visão mais detalhada até agora

p Beuther e seus colegas foram capazes de fazer mais. Eles usaram o Observatório ALMA no Deserto do Atacama, no Chile. O ALMA combina as observações simultâneas de até 66 radiotelescópios para atingir uma resolução de até 20 milisegundos de arco, que permite aos astrônomos discernir detalhes mais de dez vezes menores do que qualquer radiotelescópio anterior, e com sensibilidade incomparável - uma combinação que já levou a uma série de observações inovadoras também em outros campos.

p Beuther e seus colegas usaram o ALMA para estudar a região de formação estelar de alta massa G351.77-0.54 até escalas de sub-núcleo menores que 50 unidades astronômicas (em outras palavras, menos de 50 vezes a distância média entre a Terra e o Sol). Como Beuther diz:"Este é um excelente exemplo de como a tecnologia impulsiona o progresso astronômico. Não poderíamos ter obtido nossos resultados sem a resolução espacial sem precedentes e a sensibilidade do ALMA."

p Seus resultados, junto com estudos anteriores da mesma nuvem em escalas maiores, indicam que a física do gás térmico está ganhando o dia, mesmo quando se trata de estrelas muito massivas:os tamanhos dos aglomerados dentro da nuvem e, como mostram as novas observações, de núcleos dentro dos aglomerados e até mesmo de algumas subestruturas de núcleo são conforme previsto pelos cálculos de comprimento de Jeans, sem necessidade de ingredientes adicionais. Beuther comenta:"No nosso caso, a mesma física fornece uma descrição uniforme. A fragmentação das escalas maiores para as menores parece ser governada pelos mesmos processos físicos. "

p Pequenos discos de acreção:um novo desafio

p A simplicidade é sempre uma dádiva para descrições científicas. Contudo, as mesmas observações também forneceram uma descoberta que manterá os astrônomos atentos. Além de estudar a fragmentação, Beuther et al. estava procurando desvendar a estrutura das estrelas nascentes ("proto-estrelas") dentro da nuvem. Os astrônomos esperam que tal protoestrela seja cercada por um disco giratório de gás, chamado de disco de acreção. Do disco interno da borda, gás cai sobre a estrela em crescimento, aumentando sua massa. Além disso, campos magnéticos produzidos pelo movimento do gás ionizado e o próprio gás interagem para produzir fluxos fortemente focados chamados jatos, que dispara parte da matéria no espaço perpendicular a esse disco. A luz submilimétrica dessas regiões carrega sinais indicadores ("alargamento Doppler das linhas espectrais") do movimento da poeira, que por sua vez rastreia o movimento do gás. Mas onde Beuther e seus colaboradores esperavam por uma assinatura clara de um disco de acreção, em vez de, ele encontrou principalmente a assinatura de jatos, cortar um caminho comparativamente suave através do gás circundante. Evidentemente, os discos de acreção são ainda menores do que os astrônomos esperavam - um desafio para observações futuras com resolução espacial ainda maior.