Nova simulação da formação de estrelas impressiona cientistas por seu realismo
O vídeo acima é, até o momento, a simulação 3D mais realista e de maior definição da formação estelar já desenvolvida por astrofísicos. Visualmente deslumbrante, ela permite que os espectadores flutuem em torno de uma nuvem de gás colorida no espaço 3D enquanto observam o surgimento de estrelas cintilantes.
Chamada de STARFORGE (Star Formation in Gaseous Environments), a estrutura computacional é a primeira a conseguir simular o local onde as estrelas nascem em sua plenitude. Essa representação de uma nuvem de gás repleta de cores vibrantes é 100 vezes maior do que as anteriores.
Além disso, a simulação é a única a modelar simultaneamente a formação, evolução e dinâmica de estrelas, ao mesmo tempo em que leva em consideração o feedback estelar, incluindo jatos, radiação, vento e atividade de supernovas próximas. Enquanto outras incorporaram tipos individuais de feedback estelar, a STARFORGE os agrupa, de maneira a observar como esses vários processos interagem para afetar a formação de estrelas.
Usando este belo laboratório virtual, os pesquisadores pretendem explorar diversas questões, incluindo por que a formação de estrelas é lenta e ineficiente, o que determina a sua massa e razão delas tenderem a se formar em aglomerados.
Os pesquisadores usaram o STARFORGE para descobrir que jatos protoestelares – fluxos de gás de alta velocidade que acompanham a formação estelar- desempenham um papel vital na determinação da massa. Ao calcular o tamanho exato de uma estrela, os pesquisadores podem fazer previsões sobre sua morte e determinar seu brilho e outros mecanismos internos.
O artigo do trabalho, que detalha a pesquisa por trás do novo modelo, pode ser acessado pela Royal Astronomical Society, onde também está disponível um artigo complementar, publicado em fevereiro de 2021, no qual é descrito o modo como os jatos influenciam a formação de estrelas.
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“Cientistas têm simulado a formação de estrelas há décadas, mas o STARFORGE é um grande avanço em relação à tecnologia”, disse Michael Grudić, da Universidade de Northwestern e co-íder do trabalho. “Outros modelos só foram capazes de simular um pequeno pedaço da nuvem onde as estrelas se formam , não ela inteira e em alta resolução. Sem ver o quadro geral, perdemos muitos fatores que podem influenciar o resultado. ”
“A questão da formação das estrelas é uma questão central na astrofísica”, disse Claude-André Faucher-Giguère, também da Universidade da Northwestern e autor do estudo. “É uma questão muito desafiadora devido à variedade de processos físicos envolvidos. Esta nova simulação nos ajudará diretamente a abordar questões fundamentais que não podíamos definitivamente responder antes. ”
Grudić é pós-doutorando no Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA) da Northwestern. Já Faucher-Giguère é professor associado de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA. Grudić co-liderou o trabalho junto a Dávid Guszejnov, um pós-doutorado da Universidade do Texas. O trabalho, intitulado “STARFORGE: Toward a comprehensive numerical mode of star cluster formation and feedback”, ainda conta com o apoio da Fundação Nacional da Ciência dos EUA e da NASA.
A formação de estrelas leva dezenas de milhões de anos. Portanto, mesmo quando os astrônomos observam o céu noturno para ter um vislumbre do processo, eles podem ver apenas um breve instante.
“Quando observamos estrelas nascendo, em qualquer região, tudo o que vemos são locais de formação estelar congelados no tempo”, disse Grudić. “As estrelas também se formam em nuvens de poeira, por isso estão quase sempre escondidas.”
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As simulações são essenciais para que os cientistas possam estudar todo o processo dinâmico da formação de uma estrela. A fim de desenvolver o STARFORGE, a equipe incorporou o código computacional para vários fenômenos da física, incluindo dinâmica de gases, campos magnéticos, gravidade, aquecimento e resfriamento e processos de feedback estelar. Omodelo requer um dos maiores supercomputadores do mundo, uma instalação apoiada pela National Science Foundation e operada pelo Texas Advanced Computing Center, e mesmo assim pode demandar até três meses para executar uma simulação.
A simulação mostra uma nuvem de gás – cuja massa pode variar entre dezenas e milhões de vezes a massa do Sol – flutuando na galáxia. Conforme a nuvem de gás evolui, ela forma estruturas que entram em colapso e se quebram em pedaços, os quais, eventualmente, formam estrelas individuais. Assim que se formam, as estrelas lançam jatos de gás de ambos os polos, perfurando a nuvem circundante. O processo termina quando não há mais gás para formar mais estrelas.
Importância dos jatos na simulação da formação estelar
O STARFORGE já ajudou a equipe a descobrir um nova informação crucial sobre a formação de estrelas. Quando os pesquisadores executaram a simulação sem levar em conta os jatos, as estrelas ficaram muito grandes, com até 10 vezes a massa do sol. Depois que foram adicionados jatos à simulação, as massas das estrelas se tornaram mais realistas, chegando a menos da metade da massa do sol.
“Os jatos interrompem o fluxo de gás em direção à estrela”, disse Grudić. “Eles basicamente sopram para longe o gás que poderia ter ido para aestrela e aumentar sua massa. Já suspeitávamos que isso poderia estar acontecendo, mas, ao simular todo o sistema, temos um entendimento sólido de como ele funciona. ”
Além de entender mais sobre as estrelas, Grudić e Faucher-Giguère acreditam que o STARFORGE pode nos ajudar a aprender mais sobre o universo e até sobre nós mesmos.
“Compreender a formação de galáxias depende de suposições sobre a formação de estrelas”, disse Grudić. “Se podemos entender a formação de estrelas, então podemos entender a formação de galáxias. E ao compreender a formação da galáxia, podemos entender mais sobre o que o universo é feito. Compreender de onde viemos e como estamos situados no universo depende da compreensão da origem estelar. ”
“Conhecer a massa de uma estrela nos mostra seu brilho, assim como que tipos de reações nucleares estão acontecendo dentro dela”, disse Faucher-Giguère. “Com isso, podemos aprender mais sobre os elementos que são sintetizados nas estrelas, como carbono e oxigênio – elementos dos quais também somos feitos.”
Publicado em 20/05/2021