Mais de metade de todas as estrelas nascem como membros de sistemas estelares múltiplos, mas o processo de formação de múltiplas estrelas não é bem compreendido. Portanto, desvendar o mistério do mecanismo de formação de múltiplas estrelas é muito importante para estabelecer uma teoria abrangente de formação estelar. Até o momento, vários cenários para a formação de múltiplas estrelas foram propostos e as discussões sobre os cenários de formação ainda não convergiram.
Impressão artística de três protoestrelas IRAS 04239+2436. Fonte: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Para compreender o processo de formação de múltiplas estrelas, é necessário utilizar instrumentos de alta resolução e alta sensibilidade como o ALMA para observar diretamente o momento em que nascem múltiplas protoestrelas (estrelas em processo de formação). Além disso, observações recentes de protoestrelas frequentemente relatam estruturas de gás chamadas “linhas de corrente”, que são fluxos de gás em direção à protoestrela.
Observar estas linhas de corrente é importante porque mostram como a protoestrela absorveu gás e cresceu, mas atualmente não está claro como estas linhas de corrente se formaram. Dado que se espera que os fluxos de gás em torno de protoestrelas em sistemas multiestelares tenham estruturas complexas, observações detalhadas utilizando a alta resolução do ALMA são uma ferramenta poderosa para estudar as origens dos fluxos de gás.
Distribuição de gás em torno da protoestrela ternária IRAS04239+2436, (esquerda) emissão de SO2 observada pelo ALMA, (direita) reprodução de simulação numérica pelo supercomputador ATERUI. As protoestrelas A e B, mostradas em azul à esquerda, representam ondas de rádio da poeira que circunda a protoestrela. Na Protostar A, acredita-se que existam duas protoestrelas não resolvidas. Na imagem à direita, as posições das três protoestrelas são indicadas por cruzes azuis. Fonte: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J.-E. Leetal. Leetal.
Observações e descobertas detalhadas
A equipa utilizou o ALMA para observar ondas de rádio emitidas por moléculas de monóxido de enxofre (SO) em torno do jovem sistema multiestelar IRAS04239+2436. IRAS04239+2436 é um "sistema protoestrelar ternário", um sistema composto por três protoestrelas, a cerca de 460 anos-luz de distância de nós. A equipe de pesquisa espera detectar moléculas de SO na região onde ocorre a onda de choque e ver movimentos violentos de gás ao redor da protoestrela. Como resultado da observação, eles detectaram moléculas de SO cerca de três vezes a protoestrela e descobriram que a distribuição das moléculas de SO formava um grande braço espiral que se estendia até 400 unidades astronômicas. Além disso, eles obtiveram com sucesso a velocidade do gás contendo moléculas de SO com base na mudança de frequência das ondas de rádio causada pelo efeito Doppler.
Com base na análise do movimento do gás, eles descobriram que os braços espirais traçados pelas moléculas de SO eram de fato linhas de corrente fluindo para a protoestrela tripla. "A característica mais profunda das nossas imagens ALMA é a detecção de estruturas grandes e bem definidas com vários braços na radiação SO," disse Li, explicando o significado da descoberta. "A minha primeira impressão foi que estas estruturas dançavam juntas, girando em torno do sistema protoestelar central, mas mais tarde descobrimos que os braços espirais são canais de material que alimentam pequenas estrelas."
O supercomputador "ATERUI" simula a formação de múltiplas estrelas. O filme mostra que múltiplas protoestrelas nascem em nuvens de gás turbulentas e filamentosas, que excitam braços espirais e perturbam o gás circundante à medida que se movem. Fonte: Tomaki Matsumoto, Takaaki Takeda, projeto 4D2U, Observatório Astronômico Nacional do Japão
Significado e análise comparativa
Para estudar ainda mais o movimento do gás, a equipe de pesquisa comparou a velocidade do gás derivada desta observação com a velocidade derivada de simulações numéricas. Essas simulações foram realizadas usando os supercomputadores dedicados à astronomia "ATERUI" e "ATERUIII" no Observatório Astronômico Nacional do Centro de Astrofísica Computacional do Japão. Na simulação, três protoestrelas se formaram na nuvem de gás, e o gás perturbado ao redor das três protoestrelas excitou ondas de choque na forma de braços espirais.
"Descobrimos que os braços espirais exibem fluxos de gás em direção às três protoestrelas; são as linhas de corrente que alimentam as protoestrelas com gás", disse Matsumoto, que liderou as simulações numéricas do estudo. "As velocidades simuladas dos gases estão de acordo com as observações, mostrando que as simulações numéricas podem de fato explicar a origem das linhas de corrente."
Esquema híbrido para formação multiestrela
Ao comparar dados observacionais e resultados de simulação numérica, a equipe estudou como nasceu esta protoestrela tripla. Até agora, existem duas opções para a formação de estrelas múltiplas. O primeiro é o “cenário de fragmentação turbulenta”, no qual uma nuvem turbulenta de gás se fragmenta em condensados de gás, e cada condensado evolui para uma protoestrela. O segundo é o “cenário de fragmentação do disco”, no qual o disco de gás em torno de uma protoestrela se fragmenta para formar uma nova protoestrela, criando assim múltiplas estrelas.
A triplicação das protoestrelas observadas aqui pode ser explicada por um cenário híbrido em que o processo de formação estelar começa com uma nuvem turbulenta de proto-gás, semelhante ao cenário de fragmentação turbulenta, e então novas sementes de protoestrelas são produzidas no disco, semelhante ao cenário de fragmentação do disco, e a turbulência do gás circundante faz com que os braços espirais se estendam amplamente. As observações são muito semelhantes às simulações, sugerindo que a protoestrela tripla observada é o primeiro objeto confirmado como tendo formado múltiplas estrelas através de um esquema de mistura.
"Esta é a primeira vez que as origens das protoestrelas e dos meteoros foram elucidadas de forma abrangente e simultânea. A combinação de observações e simulações do ALMA é uma ferramenta poderosa para revelar os segredos da formação estelar," disse Matsumoto.
Implicações para a formação do planeta e pesquisas futuras
Li acredita que o estudo também esclarece as dificuldades da formação de planetas em sistemas multiestelares. Ela disse: "Os planetas nascem no disco de gás e poeira que se formou ao redor da protoestrela. Neste sistema de três protoestrelas, a protoestrela está localizada em uma região pequena, o disco ao redor da protoestrela é pequeno e a protoestrela que orbita a protoestrela separa o disco de outras protoestrelas. Os planetas são formados em um ambiente calmo de longo prazo. Portanto, é improvável que IRAS04239 + 2436 seja um ambiente propício à formação de planetas."
Matsumoto discute as implicações desta pesquisa para a nossa compreensão da formação de estrelas múltiplas. "A observação real de um sistema multiestelar em formação através de um esquema híbrido irá percorrer um longo caminho para resolver o debate sobre esquemas de formação multiestelar. Além disso, este estudo não só confirma a existência de linhas de corrente recentemente observadas, mas também explica como se formam, marcando um grande avanço."
Jeong-EunLee e outros apresentaram esta pesquisa no artigo "Triple Spiral Arms of Triple Spiral Arms of Triple Protostar System Imaged by Molecular Lines" publicado no Astrophysical Journal.