Primeira simulação de nuvem molecular gigante para formação de estrelas que inclui jatos, radiação, ventos, supernovas

Uma imagem em cores falsas da formação estelar na nuvem molecular gigante Rho Ophicucus vista no infravermelho pelo Wide-field Infrared Survey Explorer; o campo de visão abrange cerca de 14 anos-luz. A formação de estrelas é um processo intrincado que envolve muitos efeitos físicos trabalhando juntos em uma ampla gama de distâncias e escalas temporais. Os astrônomos desenvolveram a primeira simulação de nuvem molecular gigante bem-sucedida que traça a formação de estrelas individuais ao longo de cerca de oito milhões de anos e em várias escalas. Inclui mecanismos de feedback como jatos, radiação, ventos e supernovas, e se baseia em códigos anteriores que incluíam gravidade, campos magnéticos e turbulência. Crédito:NASA, JPL-Caltech, WISE

A formação de estrelas é sem dúvida o processo mais importante do universo. Ao longo de suas vidas, e depois com suas mortes, as estrelas produzem todos os elementos químicos, exceto hidrogênio e hélio (produzidos no big bang). Em sua juventude, as estrelas alimentam o nascimento de planetas e corpos menores, e seu desaparecimento resulta em supernovas, corpos superdensos como buracos negros, estrelas de nêutrons ou anãs brancas e nebulosas.
As estrelas irradiam sua energia copiosa para o cosmos em comprimentos de onda em todo o espectro, aquecendo as superfícies dos planetas, facilitando a química interestelar e iluminando galáxias em todas as épocas cósmicas. A formação de estrelas, determinando as localizações, abundâncias e massas relativas das estrelas, regula a paleta do céu e seu arco-íris de atributos.

As estrelas no universo se formam, pelo menos em nossa época atual, quando nuvens massivas com gás molecular colapsam por gravidade. Mas na Via Láctea esse processo é muito ineficiente; apenas cerca de 1% do material disponível acaba em uma estrela. Os astrônomos pensam que uma razão é que os núcleos de formação de estrelas são inibidos de se desenvolver pela pressão externa de movimentos turbulentos de gás supersônico (ou seja, gás se movendo mais rápido que a velocidade do som) e de fluxos de supernovas, ventos ou jatos produzidos por uma geração anterior. de estrelas. Pelo menos esta é a imagem para estrelas de baixa massa.

Observações de jovens estrelas massivas, no entanto, às vezes sugerem a conclusão oposta, que as estrelas de alta massa se formam precisamente onde a turbulência do gás inibe o desenvolvimento de estrelas de baixa massa até que se acumule massa suficiente para que as estrelas massivas nasçam. Os muitos processos físicos complexos e entrelaçados envolvidos deixam muitos quebra-cabeças, incluindo por que as estrelas se formam com baixa eficiência, por que elas têm as massas específicas que têm, por que e como se formam em aglomerados e por que algumas estão em vários sistemas enquanto outras não. .

As simulações de computador podem fornecer insights fundamentais sobre essas questões. Os astrônomos trabalham há décadas refinando seus códigos e comparando-os com observações. A tarefa é assustadora:não apenas existem muitos processos físicos diferentes em funcionamento, eles afetam uns aos outros, enquanto etapas críticas ocorrem em escalas espaciais de centenas de anos-luz até a vizinhança imediata da estrela embrionária, e escalas de tempo de milhões de anos a dias. Uma simulação realista da formação estelar deve de alguma forma explicar com precisão tudo isso.

A astrônoma do CfA Anna Rosen e seus colegas desenvolveram a primeira simulação de nuvem molecular gigante que segue a formação de estrelas individuais e seu feedback de jatos, radiação, ventos e supernovas. Ele se baseia em seus códigos anteriores que incluíam gravidade, campos magnéticos e turbulência, mas que davam eficiências de formação de estrelas irreais e produziam um excesso de estrelas massivas.

A nova simulação numérica traça a formação de estrelas em uma nuvem por cerca de 8 milhões de anos, usando cerca de 160 milhões de passos, alguns separados por tempos de apenas um dia. Ele evita os defeitos dos códigos anteriores, mas mantém a consistência geral com seus resultados mais precisos. Também chega a conclusões significativas, entre elas que os jatos protoestelares são uma fonte dominante de feedback que inibe o nascimento estelar – o feedback das supernovas ocorre muito tarde no ciclo de nascimento para interromper seriamente o desenvolvimento de outras estrelas no berçário.

Publicado em Avisos Mensais da Royal Astronomical Society , esta conquista marcante é a primeira simulação numérica de qualquer tipo para modelar a formação de um aglomerado estelar enquanto rastreia a formação, acreção, movimento, evolução e feedback de estrelas e protoestrelas individuais, com feedback de todos os principais canais:jatos protoestelares, ventos, radiação estelar e supernovas de colapso de núcleo. + Explorar mais