O trajeto cósmico em direção à formação de estrelas e planetas

O gás molecular nas galáxias é organizado numa hierarquia de estruturas.

© MPIA/T. Müller/J. Henshaw (fluxos da velocidade do gás na galáxia espiral NGC 4321)

O material molecular nas gigantescas nuvens de gás molecular viaja por intricadas redes de gás filamentar em direção aos centros congestionados de gás e poeira, onde é comprimido em estrelas e planetas. Para melhor entender este processo, uma equipe de astrônomos liderada por Jonathan Henshaw do Instituto Max Planck para Astronomia mediu o movimento do gás que flui das escalas galácticas até escalas dos aglomerados de gás em que as estrelas se formam. Os resultados mostram que o gás que corre através de cada escala está ligado dinamicamente: enquanto a formação estelar e planetária ocorre nas escalas menores, este processo é controlado por uma cascata de fluxos de matéria que começam em escalas galácticas.

O gás molecular nas galáxias é posto em movimento por mecanismos físicos, como rotação de galáxias, explosões de supernovas, campos magnéticos, turbulência e gravidade, moldando a estrutura do gás. Compreender como estes movimentos afetam diretamente a formação de estrelas e planetas é difícil, porque exige a quantificação do movimento dos gases numa variabilidade enorme de escalas espaciais e, em seguida, a vinculação deste movimento às estruturas físicas que observamos. As instalações astrofísicas modernas mapeiam agora rotineiramente grandes áreas do céu, com alguns mapas contendo milhões de pixels, cada com centenas a milhares de medições independentes de velocidade. Como resultado, a medição destes movimentos é cientificamente e tecnologicamente desafiadora.

A fim de enfrentar estes desafios, os astrônomos decidiram medir movimentos de gás ao longo de uma variedade de ambientes diferentes usando observações do gás na Via Láctea e numa galáxia próxima. Estes movimentos são detectados medindo a aparente mudança na frequência de luz emitida por moléculas, mudança esta provocada pelo movimento relativo entre a fonte de luz e o observador; um fenômeno conhecido como efeito Doppler. Aplicando um novo software a equipe conseguiu analisar milhões de medições.

Os pesquisadores descobriram que os movimentos do gás molecular frio parecem flutuar em velocidade, lembrando a aparência de ondas à superfície do oceano. Estas flutuações representam o movimento do gás.

Para melhor entender a natureza dos fluxos de gás, foram selecionadas várias regiões para uma análise mais detalhada, usando técnicas estatísticas avançadas para procurar diferenças entre as flutuações. Ao combinar uma variedade de medições diferentes, foi possível determinar como as flutuações da velocidade dependem da escala espacial.

A equipe descobriu que as flutuações de velocidade associadas com a estrutura espaçada de modo equidistante mostravam todas um padrão distinto. As flutuações parecem ondas oscilando ao longo das cristas dos filamentos, têm uma amplitude e comprimento de onda bem definidos.

Em contraste, foi descoberto que as flutuações de velocidade medidas ao longo das nuvens moleculares gigantes, em escalas intermediárias entre nuvens inteiras e os minúsculos núcleos no seu interior, não mostram escala característica óbvia, porque os fluxos de gás turbulento que criam estas estruturas formam uma cascata caótica.

Os resultados foram publicados na revista científica Nature Astronomy.

Fonte: Max Planck Institute for Astronomy