Auto-organização cósmica: Estrelas determinam suas próprias massas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/08/2022

Simulação de uma região de formação de estrelas, onde estrelas massivas destroem sua nuvem-mãe.
[Imagem: STARFORGE]

Massa das estrelas

Astrofísicos usaram as simulações 3D mais realistas e de alta resolução da formação de estrelas feitas até hoje para descobrir o que determina as massas das estrelas, um mistério que vem desafiando a comunidade científica há décadas.

Eles descobriram que a formação de estrelas é um processo autorregulador.

Em outras palavras, as estrelas definem suas próprias massas, um mecanismo conhecido como auto-organização, que a ciência acredita estar na origem da própria vida, estando presente desde o cérebro humano até a teia cósmica das galáxias.

Isso ajuda a explicar por que estrelas formadas em ambientes tão diferentes uns dos outros ainda assim têm massas semelhantes.

"Entender a função de massa inicial estelar é um problema tão importante porque afeta a astrofísica em todos os aspectos - de planetas próximos a galáxias distantes. Isso ocorre porque as estrelas têm uma DNA relativamente simples. Se você conhece a massa de uma estrela, então sabe a maioria das coisas sobre a estrela: Quanta luz ela emite, quanto tempo ela viverá e o que acontecerá com ela quando morrer. A distribuição de massas estelares é, portanto, crítica para saber se os planetas que orbitam estrelas podem potencialmente sustentar a vida, bem como a aparência de galáxias distantes," explicou Claude Giguère, da Universidade Northwestern, nos EUA.

"As estrelas são os átomos da galáxia. Sua distribuição de massa dita se os planetas vão nascer e se a vida pode se desenvolver," acrescentou sua colega Stella Offner, da Universidade do Texas de Austin.

Mistério da função de massa inicial

Tudo começa com nuvens gigantes, consistindo de gás frio e poeira, que podem ser vistas por todo o universo.

A teoria é que, lentamente, a gravidade puxa partículas distantes desse gás e poeira em direção umas às outras, formando aglomerados mais densos; os materiais nesses aglomerados "caem para dentro", colidindo e gerando calor, que finalmente criará uma estrela. O material que restar, eventualmente dará origem aos planetas.

Cada disciplina na astronomia que estuda cada um dos detalhes desse processo depende da distribuição de massa da estrela - a tal função de massa inicial (FMI) - que provou ser um desafio para os cientistas modelarem corretamente.

Entram então as observações: Estrelas muito maiores que o nosso Sol são raras, representando apenas 1% das estrelas recém-nascidas. Para cada uma dessas estrelas gigantes, existem até 10 estrelas semelhantes ao Sol e 30 estrelas anãs.

E não importa para onde olhemos na Via Láctea, essas proporções (ou seja, a FMI) são as mesmas, tanto para aglomerados de estrelas recém-formados, quanto para aqueles que têm bilhões de anos.

Este é o mistério da FMI: Cada população de estrelas em nossa galáxia, e em todas as galáxias anãs que nos cercam, tem esse mesmo equilíbrio - mesmo que suas estrelas tenham nascido sob condições muito diferentes, ao longo de bilhões de anos. Em teoria, a FMI deveria variar drasticamente, mas ela é praticamente universal.

Recentemente, foi descoberto um laser biomimético, que também se forma por auto-organização.
[Imagem: Imperial College]

Auto-organização cósmica

Estas simulações são as primeiras a seguir a formação de estrelas individuais em uma nuvem gigante que está colapsando, ao mesmo tempo em que capturam como essas estrelas recém-formadas interagem com o ambiente, emitindo luz e espalhando massa por meio de jatos e ventos - este fenômeno iterativo é conhecido como "retroalimentação estelar".

As simulações, chamadas Starforge (forja de estrelas), também modelaram simultaneamente a formação, a evolução e a dinâmica das estrelas, contabilizando inclusive os jatos, radiação, vento e atividade de supernovas próximas - enfim, todos os elementos conhecidos para os quais já existem avaliações quantitativas.

Os resultados mostraram que o processo de retroalimentação estelar, em um esforço para se opor à gravidade, empurra as massas estelares para a mesma distribuição de massa, explicando essa distribuição "normal" universal.

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