Uma impressionante simulação 3D do nascimento de estrelas

 

Uma impressionante simulação 3D do nascimento de estrelas

Uma equipa de investigadores, da qual fazem parte astrofísicos da Northwestern University, desenvolveu a mais realista, e de mais alta resolução, simulação 3D de formação de estrelas conseguida até à data. O resultado é uma deslumbrante maravilha visual que permite aos espectadores flutuar em torno de uma nuvem colorida de gás no espaço 3D enquanto observam o nascimento de estrelas cintilantes.

O sistema computacional STARFORGE (Star Formation in Gaseous Environments) é o primeiro a simular integralmente uma nuvem de gás – 100 vezes mais massiva do que era possível anteriormente e cheia de cores vibrantes – onde nascem as estrelas.

É também a primeira simulação a modelar simultaneamente a formação, evolução e a dinâmica das estrelas, levando ao mesmo tempo em conta a retroalimentação estelar, incluindo jatos, radiação, vento e atividade de supernovas próximas. Enquanto as outras simulações incluíam tipos individuais de retroalimentação estelar, o STARFORGE integra-os todos para simular de que modo os vários processos interagem e afetam a formação de estrelas.

Com a ajuda deste fantástico laboratório virtual, os investigadores pretendem encontrar resposta para velhas questões que ainda se mantêm, como, por exemplo, porque é lenta e pouco eficiente a formação de estrelas, o que determina a massa de uma estrela, e porque tendem as estrelas a formar-se em enxames.

O STARFORGE foi já utilizado para descobrir que os jatos protoestelares – fluxos de gás de alta velocidade que acompanham a formação de estrelas – desempenham um papel vital na determinação da massa de uma estrela. Calculando a massa exata de uma estrela, os investigadores podem determinar o seu brilho e os mecanismos internos, bem como fazer melhores previsões sobre a sua morte.

Este estudo foi recentemente aceite para publicação na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical, e o artigo a descrever em detalhe a investigação surgiu online a 18 de maio. Um artigo complementar, a descrever de que modo os jatos influenciam a formação de estrelas, tinha já sido publicado na mesma revista, em fevereiro de 2021.

“A formação de estrelas tem vindo a ser simulada há algumas décadas, mas o STARFORGE representa um salto quântico em tecnologia,” disse Michael Grudić da Northwestern, um dos investigadores que liderou o trabalho. “Os outros modelos só foram capazes de simular um pequeno pedaço da nuvem onde se formam as estrelas, não a sua totalidade em alta resolução. Sem vermos o panorama geral, perdemos muitos fatores que podem influenciar a estrela resultante.”

 

“Como se formam as estrelas é uma questão fundamental em astrofísica,” disse Claude-André Faucher-Giguère, da Northwestern, principal autor do estudo. “A resposta tem sido um desafio devido à diversidade de processos físicos envolvidos. Esta nova simulação vai ajudar-nos a abordar diretamente questões fundamentais que antes não poderíamos responder.”

Grudić é pós-doutorando no CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics) da Northwestern. Faucher-Giguère é professor associado de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do CIERA.Grudić trabalhou em conjunto com Dávid Guszejnov, pós-doutorando na Universidade do Texas em Austin.

Da fase inicial à final, a formação de estrelas leva dezenas de milhões de anos. Por isso, mesmo quando os astrónomos observam o céu noturno para descortinar o processo, apenas podem ver um breve instantâneo.

“Quando observamos a formação de estrelas numa determinada região, tudo o que vemos são locais de formação estelar congelados no tempo,” explicou Grudić. “As estrelas também se formam em nuvens de poeira, por isso estão quase sempre escondidas.”

Para que os astrofísicos possam ver todo o processo dinâmico de formação estelar, têm de confiar nas simulações. Para desenvolver o STARFORGE, a equipa integrou códigos de programação para vários fenómenos da física, incluindo dinâmica de gases, campos magnéticos, gravidade, aquecimento e arrefecimento e processos de retroalimentação estelar. Levando, por vezes, três meses para executar uma simulação, o modelo requer um dos maiores supercomputadores do mundo, uma instalação que tem o apoio da National Science Foundation e que é operada pelo Texas Advanced Computing Center.

A simulação resultante mostra uma massa de gás – com dezenas a milhões de vezes a massa do Sol – a flutuar na galáxia. À medida que a nuvem de gás evolui, forma estruturas que entram em colapso e se quebram em pedaços, que eventualmente formam estrelas individuais. Assim que as estrelas se formam, lançam jatos de gás de ambos os polos, que atravessam a nuvem circundante. O processo termina quando não sobra gás para formar mais estrelas.

Adicionando jatos ao modelo

O STARFORGE já ajudou a equipa a descobrir uma nova e crucial perspetiva sobre a formação de estrelas. Quando os investigadores correram a simulação sem ter em conta os jatos, as estrelas resultaram muito grandes – 10 vezes a massa do Sol. Após adicionarem jatos à simulação, as massas das estrelas tornaram-se bem mais realistas – menos da metade da massa do Sol.

“Os jatos interrompem o fluxo de gás em direção à estrela,” declarou Grudić. “Basicamente, sopram o gás que teria ido parar à estrela e aumentado a sua massa. Suspeitava-se que isto poderia estar a suceder, mas, ao simularmos todo o sistema, ficámos com uma sólida perceção do processo.”

Grudić e Faucher-Giguère acreditam que o STARFORGE, para além de permitir um maior conhecimento sobre as estrelas, pode contribuir para que possamos saber mais sobre o Universo e até sobre nós próprios.

“Perceber a formação de galáxias depende de pressupostos sobre a formação de estrelas,” disse Grudić. “Se conseguimos perceber a formação das estrelas, então podemos compreender a formação das galáxias. E ao compreendermos a formação das galáxias, podemos saber mais sobre de que é feito o Universo. Saber de onde viemos e como estamos situados no Universo depende, em última análise, de compreendermos as origens das estrelas.”

“Conhecer a massa de uma estrela nos dá-nos informação sobre o seu brilho, bem como sobre que tipo de reações nucleares estão a ocorrer no seu interior,” disse Faucher-Giguère. “Com estes dados, podemos saber mais sobre os elementos que são sintetizados nas estrelas, como o carbono e o oxigénio – elementos de que também somos feitos.”

O estudo “STARFORGE: Toward a comprehensive numerical mode of star cluster formation and feedback” teve o apoio da National Science Foundation e da NASA.

Fonte da notícia: Phys.org

Tradução: Teresa Direitinho

 

Stunning simulation of stars being born is most realistic ever

A team including Northwestern University astrophysicists has developed the most realistic, highest-resolution 3D simulation of star formation to date. The result is a visually stunning, mathematically-driven marvel that allows viewers to float around a colorful gas cloud in 3D space while watching twinkling stars emerge.

Called STARFORGE (Star Formation in Gaseous Environments), the computational framework is the first to simulate an entire gas cloud—100 times more massive than previously possible and full of vibrant colors—where stars are born. […] Read the original article at Phys.org.