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Simulações mostram como ondas de choque que se propagam através de uma nuvem molecular magnetizada podem criar filamentos radiais, canalizando gás para um núcleo central denso onde as estrelas se formam. | Crédito: Esquerda: MSN Kumar, ESA/Herschel, NASA/JPL-Caltech (Spitzer); Direita: S. Nozaki e S. Inutsuka
Algumas das creches estelares mais espetaculares da galáxia se assemelham a gigantescas rodas de carroça cósmicas, com estruturas radiais que, segundo os cientistas, foram moldadas por ondas de choque de explosões estelares e poderosos ventos estelares.
Utilizando modelos 3D de alta resolução, pesquisadores da Universidade de Kyushu e da Universidade de Nagoya, no Japão, descobriram que ondas de choque que se propagam através de nuvens gigantes de gás podem esculpir filamentos semelhantes a raios de uma roda, frequentemente observados ao redor de estrelas recém-nascidas. De acordo com a Universidade de Kyushu, essas descobertas podem ajudar a explicar a origem dos chamados sistemas "núcleo e filamento" — vastas regiões de formação estelar onde longos fluxos de gás irradiam em direção a um núcleo central denso, criando um padrão que lembra os raios de uma roda.
«"As estrelas nascem dentro de nuvens moleculares — vastas nuvens frias de gás que vagam pelo espaço", disse Shingo Nozaki, autor principal do estudo, em um comunicado. "Mas elas só se formam nas partes mais frias e densas desses berçários estelares, onde o gás pode se comprimir sob sua própria gravidade. Em algumas dessas regiões de formação estelar, o gás se organiza em estruturas características de centro e raios, conhecidas como sistemas de filamentos centrais (HFS, na sigla em inglês).".
Os astrônomos observaram essas estruturas por toda a Via Láctea, mas o mecanismo preciso pelo qual elas se formaram permanecia uma incógnita. Uma equipe de pesquisadores utilizou modelos magnetohidrodinâmicos 3D avançados para reconstruir esse processo, demonstrando que ondas de choque que se propagam através de nuvens moleculares gigantes podem criar naturalmente a impressionante arquitetura em forma de roda observada em alguns dos berçários estelares mais ativos da galáxia, segundo o estudo.
Muitos berçários estelares contêm filamentos estreitos que canalizam material para o interior, em direção às regiões centrais densamente povoadas onde ocorre a formação de estrelas. Compreender como esses filamentos se formam é fundamental para entender como o gás se acumula e, por fim, colapsa para formar novas estrelas.
Para o estudo, os cientistas criaram uma nuvem molecular virtual permeada por campos magnéticos e executaram simulações no supercomputador ATERUI III, projetado para pesquisa astronômica. Primeiramente, observaram como a gravidade atraía os campos magnéticos para dentro, criando uma configuração em forma de ampulheta. Em seguida, a equipe expôs a nuvem a uma onda de choque interestelar simulada, semelhante às geradas pela expansão de remanescentes de supernova ou por ventos estelares poderosos. O resultado foi um sistema "núcleo-filamento" notavelmente realista.
À medida que a onda de choque se propagava pela nuvem, colidia com diferentes seções do campo magnético distorcido em ângulos distintos, criando ondas de choque oblíquas que amplificavam partes do campo e determinavam os caminhos preferenciais para o fluxo de gás. Com o tempo, esses canais canalizaram o material em filamentos alongados que se estendiam em direção ao núcleo central, formando a estrutura semelhante a raios visível através de um telescópio.
As simulações também rastrearam o movimento da matéria em berçários estelares. O gás denso tende a fluir ao longo dos filamentos, acelerando à medida que se aproxima do centro, enquanto a matéria menos densa entre os raios permanece relativamente estacionária. De acordo com os pesquisadores, esse comportamento pode ajudar a explicar por que apenas uma pequena fração do gás nas nuvens moleculares acaba formando estrelas, segundo o comunicado.
A modelagem das interações entre gravidade, campos magnéticos e ondas de choque ao longo de milhões de anos permite aos pesquisadores estudar processos que, de outra forma, seriam difíceis de observar diretamente. Estudos futuros testarão uma gama mais ampla de estruturas de nuvens e condições de propagação de ondas de choque, potencialmente esclarecendo por que os sistemas núcleo-filamento variam por toda a Galáxia e fornecendo novas perspectivas sobre a formação de estrelas massivas e aglomerados estelares. Os resultados também apontam para um ciclo cósmico mais amplo de destruição e criação, no qual as ondas de choque de estrelas moribundas ajudam a moldar o ambiente em que novas estrelas nascem.
Os resultados da pesquisa foram publicados em 18 de março no periódico The Astrophysical Journal Letters.