Recorrendo ao ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrônomos captaram uma das imagens tridimensionais mais detalhadas até à data de um massivo sistema estelar binário ainda em fase de formação.
© NAOJ / ALMA (sistema binário em formação)
A inserção circular mostra uma imagem do ALMA do sistema binário central de IRAS 07299−1651, com as trajetórias orbitais reconstruídas sobrepostas. A emissão da linha de recombinação do hidrogênio, com desvio para o vermelho e para o azul, acompanha a rotação dos discos circunestelares ionizados em torno das duas estrelas em formação, enquanto as setas indicam as direções dos jatos bipolares.
Ao acompanhar os movimentos de duas estrelas jovens e massivas ao longo de quase oito anos, foi descoberto que o par segue uma órbita altamente alongada e está rodeado por discos de gás fortemente inclinados, tanto entre si como em relação à órbita das estrelas. As descobertas sugerem que as duas estrelas não se formaram em conjunto a partir de um único disco giratório de material, como se costuma supor, mas sim que se formaram independentemente e mais tarde se juntaram num encontro gravitacional próximo, revelando uma nova forma como os sistemas estelares binários, massivos e íntimos, se podem formar.
A maioria das estrelas massivas nasce com companheiras estelares, e pensa-se que pelo menos 90% existam em sistemas binários ou múltiplos. Estes binários massivos acabam por moldar drasticamente a sua vizinhança, através de explosões de supernova e da produção de elementos pesados. Mas, como a maioria dos binários massivos conhecidos só é estudado muito tempo depois de terem terminado a sua formação, os astrónomos têm tido poucas oportunidades de captar o momento real da sua formação.
Uma equipe internacional liderada por Yichen Zhang, da Universidade Jiao Tong de Xangai, propôs-se mudar essa situação ao estudar IRAS 07299-1651, um sistema que contém duas protoestrelas massivas, ou seja, estrelas que ainda estão crescendo ao absorverem gás e poeira do ambiente circundante. A equipa já tinha estudado este sistema anteriormente, em 2019, quando as observações do ALMA forneceram, pela primeira vez, restrições dinâmicas diretas acerca do par. Na ocasião, os resultados pareciam, em linhas gerais, consistentes com o modelo padrão: duas estrelas se formando em conjunto a partir da fragmentação de um grande disco. Mas havia um pormenor que não encaixava bem: os discos em torno das duas estrelas já pareciam estranhamente desalinhados.
Para aprofundar a observação, os pesquisadores passaram quase oito anos medindo deslocamentos extremamente sutis nas posições das duas estrelas no céu, uma técnica que requer uma precisão excepcional e que está bem dentro das capacidades do ALMA. A observação combinou o monitoramento do ALMA com dados do VLA (Very Large Array), bem como com imagens no infravermelho do telescópio espacial James Webb (JWST) e do VLT (Very Large Telescope) do ESO, que permitiram identificar jatos de matéria saindo das estrelas jovens. Em conjunto, estas observações permitiram reconstruir, pela primeira vez, a arquitetura tridimensional completa do sistema, a forma como as estrelas se orbitam uma à outra, a inclinação dos seus discos e a direção dos seus jatos no espaço.
Notou-se que em vez de uma órbita bem definida e aproximadamente circular, as estrelas seguem uma trajetória altamente excêntrica, com as soluções orbitais mais prováveis se aproximando de uma trajetória parabólica. E, em vez de estarem alinhadas, como seria de esperar se as estrelas se tivessem formado a partir do mesmo disco, os discos que as rodeiam estão inclinados num ângulo acentuado uns em relação aos outros e em relação à própria órbita.
Esta arquitetura descoordenada e de aspecto caótico é difícil de explicar se as duas estrelas tivessem crescido juntas no mesmo disco; nesse cenário, seria de esperar que herdassem rotações semelhantes e bem alinhadas. Em vez disso, as evidências apontam para uma origem diferente: as duas estrelas provavelmente começaram a formar-se separadamente, nas suas próprias bolsas individuais de gás, antes de um encontro próximo e fortuito as ter levado à sua configuração atual, enquanto ainda estavam envoltas na sua nuvem natal.
Em soluções orbitais representativas, as estrelas passaram mais próximas uma da outra apenas cerca de 60 anos antes das observações, praticamente um instante em escalas de tempo cósmicas. Os discos compactos observados hoje parecem ter sobrevivido ao encontro, mantendo estruturas giratórias bem definidas.
Ainda não é certo se as duas estrelas permanecerão ligadas gravitacionalmente uma à outra para sempre, o seu movimento atual situa-se próximo da linha divisória entre uma órbita ligada e uma que poderia, eventualmente, separá-las, e as interações com o gás circundante podem ainda influenciar o seu destino num sentido ou noutro. Observações futuras ajudarão a esclarecer essa questão.
De forma mais ampla, o estudo abre uma nova via para explorar como as estrelas binárias massivas se formam. Ao aplicar a mesma abordagem de monitoramento a longo prazo em outros sistemas binários massivos e jovens, os astrônomos esperam descobrir com que frequência encontros próximos como este, em vez do nascimento conjunto num único disco, dão origem aos sistemas binários massivos observados em toda a nossa Galáxia.
Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.
Fonte: National Astronomical Observatory of Japan