ALMA: protoestrela resplandece e remodela o seu berçário estelar em NGC 6334I-MM1

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Dentro da Nebulosa Pata de Gato, vista aqui (à esquerda) em uma imagem em infravermelho capturada pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA, o complexo de radiotelescópios ALMA descobriu que uma estrela jovem está sofrendo um surto de crescimento intenso, brilhando quase 100 vezes mais do que antes e remodelando o seu berçário estelar (na inserção, à direita). Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Hunter; C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); NASA Spitzer

Uma protoestrela gigante, profundamente aninhada no seu berçário estelar poeirento, recentemente “rugiu ferozmente”, brilhando quase 100 vezes mais do que antes. Esta explosão, aparentemente desencadeada por uma avalanche de gás formador de estrelas que se chocou contra a superfície da estrela, apoia a teoria de que as estrelas jovens podem sofrer surtos de crescimento intenso que remodelam o seu ambiente.

Os astrônomos fizeram esta descoberta comparando novas observações do complexo de radiotelescópios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), no Chile, com observações anteriores do complexo de radiotelescópios SMA (Submillimeter Array) no Havaí.

Todd Hunter, astrônomo do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, Virginia, EUA, autor principal do artigo publicado em Astrophysical Journal Letters, explicou:

Tivemos a extraordinária sorte de detectar esta espetacular transformação de uma estrela jovem e massiva. Estudando uma densa nuvem de formação estelar, através do ALMA juntamente com o SMA, pudemos ver que algo dramático ocorreu, mudando completamente um berçário estelar ao longo de um período de tempo surpreendentemente curto.

Em 2008, antes da nova era na radioastronomia que a inauguração do ALMA criou, Hunter e colegas usaram o SMA para observar uma porção pequena, porém ativa da Nebulosa Pata de Gato (NGC 6334), um complexo de formação estelar localizado a cerca de 5.500 anos-luz da Terra na direção da constelação de Escorpião. Esta nebulosa é semelhante, em muitos aspectos, com a sua prima mais para norte, a Nebulosa de Órion, que também contêm uma pletora de estrelas jovens, aglomerados e núcleos densos de gás que estão prestes a tornarem-se estrelas. A Nebulosa Pata de Gato, no entanto, está formando estrelas sob um ritmo mais rápido.

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Imagem capturada pelo ALMA revela a poeira brilhante no interior de NGC 6334I, um protoaglomerado que contém uma estrela jovem que está sofrendo um surto de crescimento intenso, provavelmente causado por uma avalanche de gás caindo sobre sua superfície. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

As observações iniciais através do SMA desta região da nebulosa, denominada NGC 6334I, revelaram o que parecia ser um típico protoaglomerado: uma nuvem densa de poeira e gás que abrigava várias estrelas ainda em crescimento.

As estrelas jovens são criadas nestas zonas quando regiões de gás se tornam tão densas que começam a colapsar sob a sua própria gravidade. Ao longo do tempo, surgem discos de poeira e gás em torno destas estrelas nascentes e afunilam material para as suas superfícies, ajudando no seu crescimento.

Por outro lado, o processo de crescimento pode não ser inteiramente lento e estável. Os astrônomos agora pensam que as estrelas jovens podem também sofrer surtos espetaculares de crescimento, períodos em que rapidamente adquirem massa devorando vorazmente o gás da formação estelar.

As novas observações desta região através do ALMA, capturadas em 2015 e 2016, revelam que, nos anos desde as observações originais do SMA, ocorreram mudanças dramáticas em uma área do protoaglomerado catalogada como NGC 6334I-MM1. Esta região é agora quatro vezes mais brilhante em comprimentos de onda milimétricos, o que significa que a protoestrela central é agora quase 100 vezes mais luminosa do que antes.

Os astrônomos especulam que a razão por trás deste aumento é um aglomerado incomumente grande de material que foi atraído para o disco de acreção da estrela, criando um turbilhão de poeira e gás. Assim que o material acumulado atingiu uma certa dimensão, a confusão estourou, liberando uma avalanche de material sobre a estrela em crescimento.

Este evento extremo de acreção aumentou consideravelmente a luminosidade da estrela, aquecendo a sua poeira circunvizinha. Foi esta poeira quente e brilhante que os astrônomos observaram com o ALMA. Embora já tenham sido observados eventos semelhantes no infravermelho, esta é a primeira vez que tal evento foi identificado em comprimentos de onda milimétricos (ondas de rádio).

Para garantir que as mudanças observadas não eram resultantes de diferenças nas capacidades nos telescópios ou simplesmente um erro de processamento de dados, Hunter e colegas usaram os dados do ALMA como um modelo para simular com precisão o que o SMA (que tem capacidades mais modestas que o ALMA) teria observado se realizasse operações parecidas em 2015 e 2016. Ao subtrair digitalmente as imagens reais de 2008 pelo SMA, das imagens simuladas, os astrônomos confirmaram que houve, de fato, uma mudança significativa e consistente um dos membros do protoaglomerado. Veja o diagrama comparativo abaixo:

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Comparando observações de dois sistemas de radiotelescópios diferentes (ALMA versus SMA) os astrônomos notaram um surto massivo na nuvem de formação estelar. Considerando que as imagens do ALMA são muito mais sensíveis e mostram detalhes mais finos, foi possível usá-las para simular o que o SMA poderia ter visto em 2015 e 2016. Ao subtrair as imagens anteriores do SMA das imagens simuladas, os astrônomos conseguiram ver uma mudança significativa em MM1 (veja nos dois quadros da direita) enquanto que as outras três fontes milimétricas (MM2, MM3 e MM4) permaneceram inalteradas. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); SMA, CfA (Harvard/Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica).

Crystal Brogan, também do NRAO e coautora do artigo, declarou:

Quando ganhamos a certeza de que estávamos comparando dois conjuntos de observações no mesmo ‘campo de jogo’, ficamos sabendo que estávamos testemunhando um momento muito especial no crescimento de uma estrela.

Uma confirmação adicional deste evento foi fornecida através dos dados complementares obtidos pelo Observatório de Radioastronomia de Hartebeesthoek na África do Sul. Este observatório de uma única antena monitorava sinais de rádio de masers na mesma região. Os masers são o equivalente natural nas ondas de rádio dos lasers. São alimentados por uma variedade de processos energéticos em todo o Universo, incluindo surtos de estrelas em rápido crescimento.

Os dados do Observatório de Hartebeesthoek revelam um pico abrupto e dramático na emissão de masers desta região no início de 2015, apenas alguns meses antes da primeira observação do ALMA. Tal pico é precisamente o que os astrônomos esperariam ver caso uma protoestrela sofresse um grande crescimento.

Todd Hunter concluiu:

Estas observações acrescentam evidências à teoria de que a formação estelar é pontuada por uma sequência de eventos dinâmicos que constroem uma estrela, ao invés de um crescimento contínuo e suave. Os dados também nos contam que é importante monitorar estrelas jovens na faixa de frequências do rádio e em comprimentos de onda milimétricos, porque estes comprimentos de onda nos permitem perscrutar as profundezas das mais jovens regiões de formação estelar. A observação destes eventos, no seu estágio mais inicial, pode revelar novos fenômenos do processo de formação das estrelas.

A pesquisa foi apresentada no artigo intitulado “An extraordinary outburst in the massive protostellar system NGC6334I-MM1: Quadrupling of the millimeter continuum“, assinado por T.R. Hunter et al. e publicado no Astrophysical Journal Letters [https://arxiv.org/abs/1701.08637].