Uma equipe internacional liderada pelo Departamento de Astrofísica-Laboratório AIM do CEA-Irfu acaba de obter novas pistas sobre a origem da distribuição da massa estelar, combinando dados observacionais do grande interferômetro ALMA e do rádio telescópio APEX operado pelo Observatório Austral Europeu (ESO) e o Observatório Espacial Herschel.

Graças ao ALMA, os pesquisadores descobriram na chamada nebulosa da pata do gato, localizado em cerca de 5, 500 anos-luz, a presença de núcleos densos protoestelares muito mais massivos do que os observados na vizinhança solar. Os pesquisadores mostraram que existe uma ligação estreita entre a distribuição da massa dos filamentos interestelares e a distribuição da massa das estrelas. A densidade - ou massa por unidade de comprimento - dos filamentos pais é o parâmetro crucial que controla as massas das estrelas recém-formadas. Esta descoberta fornece uma pista chave para a origem das massas estelares. Esses resultados são publicados em três artigos da revista. Astronomia e Astrofísica .

O enigma das massas estelares

As estrelas são os principais blocos de construção do Universo e a vida de uma estrela é quase inteiramente determinada por sua massa inicial. Mas, a origem da distribuição de massa das estrelas no nascimento - chamada de função de massa inicial pelos astrônomos - ainda é uma questão não resolvida. Há muito se pensa que as estrelas são formadas pelo colapso de nuvens interestelares mais ou menos esféricas. Mas a partir de 2009, o observatório espacial Herschel, observando no infravermelho distante e submilímetro, permitiu um avanço fundamental ao revelar que as estrelas nascem principalmente em filamentos densos de gás frio. Quando esses longos filamentos de gás, a uma temperatura de apenas ~ 10 K (10 graus acima do zero absoluto), atingir um limite crítico de densidade de aproximadamente 5 massas solares por ano-luz de comprimento, a concentração de massa torna-se suficiente para formar estrelas.

Ao observar nuvens interestelares na vizinhança solar, os resultados do satélite Herschel mostraram que os filamentos formadores de estrelas têm quase a mesma largura, perto de ~ 0,3 anos-luz. Nessas nuvens, a massa característica das estrelas formadas pela fragmentação dos filamentos é de aproximadamente ~ 0,3 massa solar.

Mas a sensibilidade e resolução das imagens do satélite Herschel foram insuficientes para estudar esse processo de fragmentação em nuvens mais distantes. Para entender melhor como estrelas que são significativamente mais massivas do que nosso Sol podem se formar em filamentos interestelares, astrônomos tiveram que usar instrumentos com capacidades de resolução mais altas do que Herschel, como a câmera ArTéMiS no rádio telescópio APEX e o grande interferômetro ALMA, ambos localizados no deserto do Atacama, no Chile.

Estrelas mais massivas em filamentos mais densos?

O estudo ALMA se concentrou em uma região de formação estelar massiva conhecida como NGC 6334, também conhecida como a nebulosa da pata do gato, localizado a aproximadamente 5.500 anos-luz da Terra. Esta nebulosa foi uma das primeiras regiões "fotografadas" pela câmera ArTéMiS observando no comprimento de onda de 350 μm. A imagem do ArTéMiS revelou que o filamento principal tem uma largura de cerca de 0,5 anos-luz, muito semelhante ao medido com Herschel para filamentos na vizinhança solar.

Os pesquisadores do laboratório AIM puderam, então, mapear parte do filamento Cat's Paw usando o interferômetro ALMA. Por sua vez, a imagem do ALMA mostrou que a estrutura do filamento é muito semelhante à dos filamentos solares vizinhos, feito de "fibras" entrelaçadas ou tranças e condensações protoestelares. Mas essas condensações protoestelares são aqui uma ordem de magnitude mais massiva. Assim, parece que os filamentos interestelares se fragmentam qualitativamente de maneira muito semelhante, independentemente de sua densidade, mas que a massa característica das condensações protoestelares - e, portanto, estrelas - que resulta da fragmentação dos filamentos aumenta com a densidade linear dos filamentos.

Este relacionamento próximo, demonstrado pela primeira vez, reforça a ideia de que a formação de estrelas em filamentos de gás molecular denso é talvez um processo quase universal. Esses filamentos representam "blocos protuberantes" fundamentais do nascimento das estrelas e a densidade do filamento (ou massa por unidade de comprimento) parece ser o parâmetro crítico que finalmente decide as massas das estrelas formadas. A distribuição de massa das estrelas seria, portanto, parcialmente "herdada" da distribuição das densidades lineares dos filamentos.

Mas o enigma das massas estelares ainda não foi totalmente resolvido. Uma nova questão surge como resultado deste trabalho:qual é a origem da distribuição de densidade dos filamentos formadores de estrelas? Os pesquisadores suspeitam que o campo magnético e a organização das linhas de campo dentro dos filamentos desempenham um papel crucial aqui. O instrumento B-BOP, o gerador de imagens polarimétricas do projeto SPICA (SPace Infrared telescope for Cosmology and Astrophysics) para o telescópio espacial de infravermelho criogênico proposto como a missão M5 da Agência Espacial Europeia (ESA), deve permitir testar esta hipótese no futuro.