Receita para formação de estrelas

Berçários estelares: Jouni Kainulainen e colegas estudaram a Nebulosa do Cachimbo (esquerda) e a nuvem Rho Ophiuchi (direita) na Via Lácta. No pando de fundo, uma imagem normal da Via Láctea; cada secção mostra a extensão de luz onde as estrelas de fundo sofrem um atenuamento do seu brilho à medida que passa pela nuvem em questão. Estes mapas formam a base da reconstrução tridimensional da estrutura da nuvem a partir da qual os astrónomos derivaram a sua "receita para a formação estelar". Crédito: S. Guisard, ESO (fundo)/J. Kainulainen, MPIA (mapas de densidade)

Astrónomos descobriram uma nova forma de prever a velocidade com que uma nuvem molecular - um berçário estelar - forma novas estrelas. Usando uma nova técnica para reconstruir a estrutura tridimensional de uma nuvem, os astrónomos podem estimar quantas novas estrelas é provável que a nuvem conceba. A "receita" recém-descoberta permite testes directos das teorias actuais de formação estelar. Também permitirá com que telescópios como o ALMA (Atacama Large Millimetre/Submillimetre Array) estimem a actividade de formação estelar em nuvens moleculares mais distantes e, assim, criar um mapa dos nascimentos das estrelas dentro da nossa Galáxia.

A formação das estrelas é um dos processos fundamentais do Universo - o modo como as estrelas se formam, e sob que condições, molda a estrutura de galáxias inteiras. As estrelas formam-se no interior de nuvens gigantes de gás e poeira interestelar. À medida que uma região suficientemente densa dentro de uma nuvem molecular colapsa sob a sua própria gravidade, contrai até que a pressão e a temperatura no seu interior são altas o suficiente para despoletar a fusão nuclear, assinalando o nascimento de uma estrela. É muito difícil medir a taxa de formação estelar, mesmo na nossa Galáxia, a Via Láctea. Só para nuvens próximas, em distâncias até 1000 anos-luz, é que tais medições são razoavelmente acessíveis: simplesmente contamos as estrelas jovens dentro dessa nuvem.

Para nuvens mais distantes, onde é impossível distinguir estrelas individuais, esta técnica falha, e as taxas de formação estelar permanecem incertas. Agora três astrónomos, Jouni Kainulainen e Thomas Henning do Instituto Max Planck para Astronomia na Alemanha e Christoph Federrath da Universidade de Monash, na Austrália, descobriram uma forma alternativa de determinar a taxa de formação das estrelas: uma "receita para a formação estelar", que liga observações astronómicas directas da estrutura de uma nuvem gigante de gás com a sua actividade de formação estelar.

Os astrónomos chegaram ao seu resultado ao modelar de uma forma simplificada a estrutura tridimensional de nuvens individuais. Os dados que usam vem de uma versão astronómica de uma radiografia médica: à medida que a luz de estrelas longínquas brilha através da nuvem, é esmaecida pela poeira da nuvem. O escurecimento de dezenas de milhares de estrelas diferentes forma a base da reconstrução tridimensional, que por sua vez apresenta a densidade de matéria para várias regiões dentro da nuvem. Para nuvens próximas, Kainulainen e colegas compararam a sua reconstrução e observações directas de quantas novas estrelas tinham sido recentemente formadas nestas nuvens.

Desta forma, foram capazes de identificar uma "densidade crítica" de 5000 moléculas de hidrogénio por centímetro cúbico, e mostraram que apenas aquelas regiões que excedem esta densidade crítica entram em colapso para formar estrelas. Kainulainen explica: "Esta é a primeira vez que se tentou determinar uma densidade crítica para a formação de estrelas a partir de observações da estrutura de nuvens. As teorias da formação estelar há muito que previram a importância de uma tal densidade crítica. Mas a nossa técnica de reconstrução é a primeira a permitir aos astrónomos deduzirem a estrutura densidade destas nuvens - e a confrontar as teorias de formação estelar com dados observacionais."

Christoph Federrath, que forneceu as simulações numéricas usadas para testar a nova técnica, acrescenta: "Com estes resultados e as ferramentas que desenvolvemos para testar teorias de formação estelar, podemos realmente esperar enfrentar uma das maiores questões não respondidas da astrofísica: se as estrelas se formam dentro de uma nuvem de determinada massa, quantas estrelas com que tipo de massa podemos esperar?"

Thomas Henning, director do Instituto Max Planck para a Astronomia e co-autor do estudo, acrescenta: "Existem muitas observações de nuvens moleculares - e com o advento do ALMA, estarão disponíveis muitos dados mais precisos para nuvens mais distantes. Com a nossa técnica, somos capazes de dizer: mostre-nos os dados, e dizemos-lhe quantas estrelas a sua nuvem está a formar. O ALMA é uma rede de 66 antenas de microondas de alta precisão, espalhadas até 16 km de distância no deserto do Chile, e é capaz de agir como um único telescópio de alta-resolução.

As operações do ALMA começaram há pouco tempo, e pode detectar nuvens de gás e poeira com uma sensibilidade sem precedentes, num detalhe sem precedentes. Kainulainen conclui: "Demos aos astrónomos uma nova ferramenta potente. A formação estelar é um dos processos fundamentais da astronomia - e os nossos resultados permitem com que os astrónomos determinem as taxas de formação estelar para mais nuvens que nunca, tanto dentro da nossa Galáxia como para outras galáxias distantes."