A bolha gigante responsável por quase toda a formação estelar local

Título: Star formation near the Sun is driven by expansion of the Local Bubble
Autores: Catherine Zucker, Alyssa A. Goodman, João Alves, Shmuel Bialy, Michael Foley, Joshua S. Speagle, Josefa Groβschedl, Douglas P. Finkbeiner, Andreas Burkert, Diana Khimey, Cameren Swiggum
Instituição do primeiro autor: Center for Astrophysics, Harvard Smithsonian e Space Telescope Science Institute, EUA
Status: publicado na Nature [acesso aberto no arXiv]

Astrônomos sabem há algum tempo que vivemos em uma bolha – a Bolha Local. Para ser preciso, estamos passando por essa bolha como parte da grande viagem que é a nossa órbita na Via Láctea. A Bolha Local pode ser descrita como uma cavidade de baixa densidade no meio interestelar. Suspeitamos há algum tempo que a bolha local foi gerada por uma série de supernovas ocorridas há cerca de 14 milhões de anos, mas o tamanho preciso, a causa e o efeito da bolha em nossos vizinhos estelares próximos têm sido difíceis de determinar. Os autores de hoje usam o poder da missão Gaia, juntamente com uma análise cuidadosa de mapas tridimensionais de poeira interestelar próxima, para modelar a superfície da bolha local. Surpreendentemente, eles encontraram forte evidência de que a expansão da bolha desde que ela foi gerada é responsável pela formação de quase todas as estrelas em um raio de 200 parsec ao redor do Sol.

Figura 1: modelo tridimensional interativo da bolha local, levando em conta os dados observacionais do artigo de hoje. Note como a superfície da bolha local interage diretamente com todas as regiões de formação estelar próximas. Isso sugere que as frentes de choque causadas pela expansão da bolha local causaram diretamente quase toda a formação estelar nesta região, 200 pc ao redor do Sol. Figura suplementar 1 no artigo.

Estimando o tamanho da bolha

Os autores do artigo de hoje começaram por uma nova estimativa do tamanho e da dinâmica da bolha local. Para entender o tamanho da bolha, precisamos entender o espaço tridimensional que ela ocupa. No entanto, estudar o gás interestelar em três dimensões é notoriamente difícil. Embora possamos usar espectroscopia para determinar a velocidade radial do gás e imagens para observar sua distribuição espacial projetada, não podemos rastrear seu movimento próprio (velocidade transversal aparente) como fazemos com as estrelas. Precisamos de informação sobre o movimento próprio para obter uma imagem completa da posição tridimensional do gás e da sua distribuição de velocidade. Para resolver isso, os autores de hoje utilizaram grupos estelares jovens. Grupos estelares jovens são traçadores eficazes da posição e velocidade de sua nuvem de formação, porque eles compartilham essas propriedades com sua nuvem-mãe. Em outras palavras, podemos observar estrelas recém-nascidas para obter uma imagem geral do estado do gás do qual elas nasceram.

Os autores selecionaram 34 aglomerados estelares próximos (dentro de 400 pc do Sol) com idades inferiores a 20 milhões de anos para essa análise. A idade de 20 milhões de anos coincide com estimativas anteriores da idade da Bolha Local, já que estrelas mais velhas não teriam sido afetadas pela bolha. Aproveitando o poder do terceiro lançamento de dados (antecipado) do Gaia (eDR3), os autores mapearam as posições e velocidades tridimensionais das jovens associações estelares selecionadas e usaram esses dados para traçar suas trajetórias ao longo do tempo.

A bolha local é responsável por grande parte da formação estelar próxima recente

O resultado impressionante foi que quase todas as nuvens de formação estelar dentro de 200 pc, conforme traçadas pelos grupos estelares jovens, populam a superfície da bolha (veja a Figura 1). Além disso, esses jovens grupos estelares estão se expandindo, ao que parece em reação a um evento centralizado. Calculando as trajetórias dos grupos estelares no passado, os autores foram capazes de estimar o epicentro da explosão. Isso fornece claras evidências observacionais de que i) uma série de eventos explosivos centralizados levou à criação e expansão da bolha, e ii) a bolha local é diretamente responsável por acionar quase toda a formação estelar próximas recente! Em sua análise, os autores descobriram que apenas uma região de formação de estrelas, a Nuvem Molecular de Perseu, não está alinhada com a superfície da bolha e, em vez disso, está 100 pc além de sua superfície. Isso pode ser explicado por um deslocamento da Nuvem de Perseu da superfície da bolha local, causado por sua própria mini-bolha.

O que desencadeou a bolha?

Dadas essas informações observacionais sobre o tamanho e a expansão da bolha local, os autores decidiram calcular que tipo de evento poderia ter removido um pedaço tão grande do meio interestelar local. Muitos trabalhos sugeriram que as supernovas de duas populações estelares próximas ao centro da bolha, Upper Centaurus Lupus (UCL) e Lower Centaurus Crux (UCC), foram provavelmente a causa da expansão da bolha. Os dados observacionais fornecidos pelo trabalho de hoje suportam isso, e os autores estimam que é provável que cerca de 14 supernovas tenham ocorrido no centro da bolha, com um milhão de anos entre cada explosão.

Este é um resultado importante porque valida a teoria de que formação estelar pode ser desencadeada por supernovas. Quando uma supernova explode, ela expele fortemente o gás ao seu redor. Uma frente de choque se forma na interface da expansão, desencadeando o processo de formação estelar. O artigo de hoje fornece importantes dados observacionais sobre esse processo, que podemos referenciar e aplicar ao estudar outras regiões de formação estelar, dentro e fora da Via Láctea. Compreender o processo de formação estelar é fundamental para desvendar os mecanismos que constroem grande parte do nosso Universo visível. Com esses novos resultados, somos levados a perguntar – quão comum é a formação de estrelas desencadeada por supernovas e qual o papel que esse fenômeno desempenhou na construção das galáxias que observamos hoje?


Adaptado de The Giant Bubble Driving Nearly All Nearby Star Formation, escrito por Catherine Manea.

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