STARFORGE: o simulador de formação de estrelas mais realista dos últimos tempos

STARFORGE: o simulador de formação de estrelas mais realista dos últimos tempos

Por Wyllian Torres | Editado por Patrícia Gnipper | 19 de Maio de 2021 às 22h20
Northwestern University

O Sistema Solar provavelmente surgiu a partir de uma grande nebulosa deixada pela morte de uma estrela. Por isso, entender a dinâmica desses processos — de vida e morte estelar — é fundamental para a astronomia. O problema é que o nascimento de uma estrela leva dezenas de milhões de anos; ou seja, mesmo as observações recentes de estrelas recém-nascidas são apenas um breve momento de seu nascimento. Pensando nisso, um grupo de astrofísicos desenvolveu a simulação 3D mais realista e de alta resolução da formação de estrelas até hoje.

O projeto STAR ​​FORmation in Gaseous Environments (STARFORGE) é uma iniciativa de várias instituição e se trata de uma estrutura computacional utilizada para simular a formação de estrelas. O novo modelo foi capaz de simular uma nuvem de gás inteira com 100 vezes mais massa do que o modelo anterior. Esta é a primeira vez que uma simulação foi capaz de levar em consideração inúmeros fatores envolvidos no nascimento de uma estrela, como jatos de matéria, radiação, ventos e atividade de supernovas próximas. O STARFORGE é capaz de recriar essa complexa dinâmica que envolve vários processos que podem afetar diretamente a formação destas estrelas.

A equipe de pesquisadores pretende usar este laboratório virtual para responder a questões fundamentais sobre a formação de estrelas, incluindo o porquê de levar tanto tempo para se formar, o que determina a massa de uma estrela, e por que elas tendem a se formar em aglomerados. O STARFORGE já foi usado para descobrir a relação dos jatos protoestelares — fluxos de gás em altíssima velocidade, envolvidos na formação de estrelas — com a massa de uma estrela. Com a massa exata, astrônomos podem definir características como o brilho e mecanismos internos, assim como fazer previsões sobre seu fim.

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Na simulação STARFORGE, um disco de gás entra em colapso, formando uma estrela em seu centro e dois jatos lançados a partir de seus polos (Imagem: Reprodução/Northwestern University)

O astrofísico Michael Grudić da Northwestern University, que também co-liderou a pesquisa, explica que, há algumas décadas, a simulação vem sendo usada para entender a formação e evolução de estrelas, mas são modelos que só conseguem simular um pequeno pedaço da grande nebulosa formadora de estrelas. “Sem ver o quadro geral, perdemos muitos fatores que podem influenciar o resultado da estrela", acrescenta Grudić.

A formação de estrelas é uma questão central para a astrofísica, segundo Claude-André Faucher-Giguére, também da Northwestern e principal autor do artigo recentemente publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. "Tem sido uma questão muito desafiadora de se explorar por causa da gama de processos físicos envolvidos. Esta nova simulação nos ajudará diretamente a abordar questões fundamentais que não podíamos definitivamente responder antes", disse.

Como o nascimento de estrelas são processos bem demorados, os astrofísicos precisam de simulações potentes que sirvam como ferramentas confiáveis em seus estudos. Nesta simulação, o STARFORGE incorporou o código computacional de vários processos físicos, como a dinâmica dos gases, do campo magnético, gravidade, aquecimento e resfriamento. Algumas vezes, a equipe levou cerca de três meses para executar uma única simulação rodando todas estas variáveis. Para isso, foi necessário o uso de um dos maiores supercomputadores do mundo, operado pela Texas Advanced Computing Center e com o apoio da National Science Foundation, bem como da NASA.

Simulação STARFORGE (Imagem: Reprodução/Northwestern University/Mike Grudić)

E o STARFORGE já proporcionou uma nova descoberta para a equipe. Em uma simulação que não considera os jatos de matéria que são expelidos, uma estrela pode alcançar até 10 vezes mais massa que o Sol — uma seja, uma estrela grande. Já na nova simulação, ao adicionar o fator dos jatos, a massa da estrela apresenta um valor bem mais realista — menos da metade da massa do Sol. Grudić explica que os jatos interrompem o fluxo de gás que alimenta a estrela. “As pessoas suspeitavam de que isso poderia estar acontecendo, mas, ao simular todo o sistema, temos uma compreensão robusta de como ele funciona", acrescenta.

Ao entendermos a formação, evolução e o fim de uma estrela, podemos compreender um pouco mais do universo. "Se pudermos entender a formação de estrelas, então podemos entender a formação de galáxias. E, ao entender a formação de galáxias, podemos entender mais sobre o que o universo é feito. Entender de onde viemos e como estamos situados no universo depende, em última análise, compreender as origens das estrelas", salienta Grudić.

A seguir, assista à simulação da grande massa de gás, com até milhões de vezes a massa do Sol. Conforme o tempo passa, algumas regiões entram em colapso e eventualmente formam estrelas — as quais, ao se formarem, lançam jatos de gás de seus polos:

Fonte: Phys.org, STARFORGE

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