Usando dezenas de milhares de estrelas observadas pela sonda espacial Gaia, astrônomos da MPIA e Chalmers revelaram as formas 3D de duas grandes nuvens moleculares formadoras de estrelas, a Nuvem da Califórnia e a Nuvem A de Orion. Em imagens 2D convencionais, elas aparecem estruturadas de forma semelhante, contendo filamentos de poeira e gás com densidades aparentemente comparáveis. Em 3D, no entanto, eles parecem bastante distintos. De fato, suas densidades são muito mais diferentes do que suas imagens projetadas no plano do céu sugerem. Este resultado resolve o mistério de longa data de por que essas duas nuvens formam estrelas em taxas diferentes.
Nuvens cósmicas de gás e poeira são os berços das estrelas. Mais especificamente, as estrelas se formam nos bolsões mais densos desse material. As temperaturas caem para quase zero absoluto, e o gás densamente compactado colapsa sob seu próprio peso, eventualmente formando uma estrela. “A densidade, a quantidade de matéria comprimida em um determinado volume, é uma das propriedades cruciais que determinam a eficiência da formação de estrelas”, diz Sara Rezaei Khoshbakht. Ela é astrônoma do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha e autora principal de um novo artigo publicado no The Astrophysical Journal Letters hoje.

Em um estudo piloto retratado neste artigo, Sara Rezaei Khoshbakht e o co-autor Jouni Kainulainen aplicaram um método que lhes permite reconstruir morfologias 3D de nuvens moleculares em duas nuvens gigantes formadoras de estrelas. Kainulainen é um cientista da Chalmers University of Technology em Gotemburgo, Suécia, que também trabalhou na MPIA. Seus alvos eram o Orion A Cloud e o California Cloud.

Normalmente, é difícil medir a densidade dentro das nuvens. “Tudo o que vemos quando observamos objetos no espaço é sua projeção bidimensional em uma esfera celeste imaginária”, explica Jouni Kainulainen. Ele é especialista em interpretar a influência da matéria cósmica na luz estelar e calcular densidades a partir de tais dados. Kainulainen acrescenta:"As observações convencionais carecem da profundidade necessária. Portanto, a única densidade que geralmente podemos inferir desses dados é a chamada densidade da coluna".

A densidade da coluna é a massa adicionada ao longo de uma linha de visão dividida pela seção transversal projetada. Portanto, essas densidades de coluna não refletem necessariamente as densidades reais das nuvens moleculares, o que é problemático ao relacionar as propriedades das nuvens à atividade de formação de estrelas. De fato, as imagens das duas nuvens investigadas neste trabalho que mostram a emissão de poeira térmica aparentemente compartilham estruturas e densidades semelhantes. No entanto, suas taxas de formação de estrelas muito diferentes têm intrigado os astrônomos por muitos anos.

Em vez disso, a nova reconstrução 3D agora mostra que essas duas nuvens não são tão parecidas assim. Apesar da aparência filamentar que as imagens 2D retratam, a California Cloud é uma folha de material plana e com quase 500 anos-luz de comprimento, com uma grande bolha que se estende abaixo. Assim, não se pode atribuir uma única distância à California Cloud, que tem repercussões significativas na interpretação de suas propriedades. Do nosso ponto de vista na Terra, ele é orientado quase de lado, o que apenas simula uma estrutura filamentar. Como resultado, a densidade real da folha é muito menor do que a densidade da coluna sugere, explicando a discrepância entre as estimativas de densidade anteriores e a taxa de formação de estrelas da nuvem.

E como é o Orion A Cloud em 3D? A equipe confirmou sua estrutura filamentosa densa vista nas imagens 2D. No entanto, sua morfologia real também difere do que vemos em 2D. Orion A é bastante complexo, com condensações adicionais ao longo da crista proeminente de gás e poeira. Em média, Orion A é muito mais denso que a Nuvem da Califórnia, explicando sua atividade de formação estelar mais pronunciada.

Sara Rezaei Khoshbakht, também afiliada à Chalmers University of Technology, desenvolveu o método de reconstrução 3D durante seu doutorado. na MPIA. Envolve a análise da alteração da luz estelar ao passar por essas nuvens de gás e poeira, conforme medido pela sonda espacial Gaia e outros telescópios. Gaia é um projeto da Agência Espacial Europeia (ESA) cujo objetivo principal é medir com precisão as distâncias de mais de um bilhão de estrelas na Via Láctea. Essas distâncias são cruciais para o método de reconstrução 3D.

“Analisamos e correlacionamos a luz de 160.000 e 60.000 estrelas para as nuvens Califórnia e Orion A, respectivamente”, diz Sara Rezaei Khoshbakht. Os dois astrônomos reconstruíram as morfologias e densidades das nuvens com uma resolução de apenas 15 anos-luz. "Esta não é a única abordagem que os astrônomos empregam para derivar estruturas espaciais de nuvens", acrescenta Rezaei Khosbakht. "Mas o nosso produz resultados robustos e confiáveis ​​sem artefatos numéricos."

Este estudo prova seu potencial para melhorar a pesquisa de formação de estrelas na Via Láctea, adicionando uma terceira dimensão. “Acho que um resultado importante deste trabalho é que ele desafia estudos que dependem apenas de limites de densidade de coluna para derivar propriedades de formação de estrelas e compará-las umas com as outras”, conclui Sara Rezaei Khoshbakht.

No entanto, este trabalho é apenas o primeiro passo do que os astrônomos querem alcançar. Sara Rezaei Khoshbakht segue um projeto que, em última análise, produzirá a distribuição espacial da poeira em toda a Via Láctea e descobrirá sua conexão com a formação de estrelas. + Explorar mais

Estrutura da nuvem molecular Orion A investigada em detalhes