Recorrendo ao ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrónomos captaram uma das imagens tridimensionais mais detalhadas até à data de um massivo sistema estelar binário ainda em fase de formação. Ao acompanhar os movimentos de duas estrelas jovens e massivas ao longo de quase oito anos, a equipa descobriu 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 equipa 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 - estrelas que ainda estão a crescer 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 altura, os resultados pareciam, em linhas gerais, consistentes com o modelo padrão: duas estrelas a formarem-se 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 investigação, os investigadores passaram quase oito anos a medir deslocamentos extremamente subtis nas posições das duas estrelas no céu, uma técnica que requer uma precisão excecional e que está bem dentro das capacidades do ALMA. "Pela primeira vez, conseguimos observar duas estrelas massivas a moverem-se uma em torno da outra enquanto ainda estavam a nascer", afirmou Yichen Zhang, autor correspondente do estudo.

A equipa combinou esta monitorização a longo prazo do ALMA com dados do VLA (Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) dos EUA, 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 a sair das estrelas jovens. Em conjunto, estas observações permitiram à equipa 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.

"Cada telescópio revelou uma peça diferente do puzzle", afirmou Rubén Fedriani, coautor do estudo. "A combinação de observações no rádio e no infravermelho fornece os detalhes mais precisos sobre a formação deste massivo sistema protobinário".

Imagem artística da formação de um sistema binário massivo e íntimo, mostrando discos desalinhados em torno de duas estrelas jovens. Crédito: Y. Zhang

O que descobriram surpreendeu-os. Em vez de uma órbita bem definida e aproximadamente circular, as estrelas seguem uma trajetória altamente excêntrica, com as soluções orbitais mais prováveis a aproximarem-se 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. "Parecia que estávamos a resolver um puzzle tridimensional", afirmou Yao Wang, o primeiro autor do estudo. "Cada nova observação acrescentava mais uma peça e, eventualmente, a órbita, os discos e os jatos juntaram-se todos numa imagem única e coerente".

Esta arquitetura descoordenada e de aspeto 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.

"Este estudo demonstra que as fases iniciais da vida das estrelas podem ser bastante caóticas, com um encontro fortuito a levar a esta dança gravitacional e ao acoplamento estelar", afirmou Jonathan C. Tan, coautor do estudo.

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 investigar como as estrelas binárias massivas se formam. Ao aplicar a mesma abordagem de monitorização a longo prazo a outros sistemas binários massivos e jovens, os astrónomos 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.

// Observatório ALMA (comunicado de imprensa)
// NAOJ (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
22/03/2019 - Testemunhado o nascimento de um sistema binário massivo

IRAS 07299-1651:
Simbad

Formação estelar:
Wikipedia
Protoestrela (Wikipedia)

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array):
Página principal
ALMA (NRAO)
ALMA (ESO)