Como os cientistas conseguem determinar de que são feitas as estrelas?

 As estrelas são astros celestes encantadores que, desde a Antiguidade, despertam a curiosidade das pessoas. Mas o que muitos não sabem é que, assim como nós, elas nascem, crescem e morrem.

O nascimento de uma estrela ocorre nas nebulosas, que são imensas nuvens de gás compostas por Hélio e Hidrogênio. Em virtude da força gravitacional, as moléculas vão sendo atraídas umas pelas outras, ficando bem próximas, o que faz com que a nebulosa tenha uma redução de tamanho, ou seja, contraia-se. A contração dos gases causa aumento na temperatura, que aumenta mais e mais. Quando a temperatura é alta o suficiente, essa enorme bola de gás começa a emitir luz e o hidrogênio começa a queimar. Esse processo é chamado de fusão nuclear e libera muita energia. Essa sequência de fenômenos caracteriza o início da vida de uma estrela.

Durante a fusão nuclear, os átomos de hidrogênio fundem-se, dando origem ao Hélio. A queima do Hélio dá origem ao Lítio e assim por diante, cada vez originando elementos mais pesados.

Conforme o combustível é consumido, a temperatura vai aumentando e a estrela sofre uma expansão. Nessa fase, ela é chamada de Gigante vermelha. Após esse estágio, a força gravitacional passa a prevalecer e a estrela começa a encolher. No interior das estrelas, a temperatura é muito alta. O núcleo do Sol, por exemplo, chega a 15 milhões de graus Celsius.

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O tempo que uma estrela viverá dependerá da sua massa. Quanto maior a massa, mais calor e luz ela liberará. Sua morte acontece quando já tiver queimado todo o combustível. Como essa queima origina elementos mais pesados, ela termina apenas quando passa a produzir ferro, que é um processo que consome energia. A partir de então, ela resfria e diminui drasticamente de tamanho, transformando-se completamente em ferro.

Com essa contração, as partículas que estavam na superfície da estrela vão a altíssimas velocidades em direção ao centro, quando se chocam com o núcleo e são ejetadas para o espaço, originando elementos mais pesados que o ferro. Os gases que são liberados no espaço dão origem a uma nova nebulosa, de onde podem surgir novas estrelas.

Se a massa da estrela for considerada pequena, cerca de um terço do Sol, ela virará uma estrela de nêutrons. Já se a massa for maior, ela se transformará em um buraco negro.

Olhar para o céu completamente sem nuvens e ver incontáveis estrelas pode ser uma experiência de tirar o fôlego. Mas você já parou para pensar em como esses gigantes corpos celestes são formados? É exatamente isso que uma equipe de cientistas respondeu por meio da simulação mais realista feita até hoje.

Astrofísicos da Northwestern University desenvolveram uma simulação 3D de alta resolução que permitem aos espectadores "flutuarem" em torno de uma nuvem de gás colorida enquanto observam o surgimento de estrelas. O programa, chamado de Starforge (sigla para Star Formation in Gaseous Environments), é o primeiro a simular uma nuvem de gás inteira, berço das estrelas.

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Segundo a Northwestern University, a estrutura cria virtualmente uma nuvem 100 vezes mais massiva do que o alcançado anteriormente. O programa é apoiado pela Fundação Nacional de Ciências (dos EUA) e pela Nasa.

"É a primeira simulação a modelar simultaneamente a formação, evolução e dinâmica de estrelas, ao mesmo tempo em que leva em consideração o feedback estelar, incluindo jatos, radiação, vento e atividade de supernovas próximas", diz o comunicado da universidade.

Michael Grudic, da Northwestern, que co-liderou o trabalho, explica que cientistas tem simulado a formação de estrelas há décadas, mas que o Starforge é um "salto quântico".

"Outros modelos só foram capazes de simular um pequeno pedaço da nuvem onde as estrelas se formam, não a nuvem inteira em alta resolução. Sem ver o quadro geral, perdemos muitos fatores que podem influenciar o resultado da estrela", explicou.

Para desenvolver o simulador, a equipe da Northwestern utilizou códigos computacionais para vários fenômenos da física, como dinâmica de gás, campos magnéticos, gravidade, aquecimento e resfriamento.

O modelo pode levar até três meses para executar uma simulação, por isso, requer um dos maiores supercomputadores do mundo.

A primeira simulação realizada mostra uma massa de gás dezenas de milhões de vezes a massa do Sol. Conforme a nuvem de gás evolui, ela forma estruturas que entram em colapso e se quebram em pedaços, formando estrelas individuais. Essas, por sua vez, lançam jatos de gás de ambos os polos, perfurando a nuvem circundante.

O processo termina quando não há mais gás para formar mais estrelas.

Com este laboratório virtual, os cientistas querem saber por que a formação de estrelas é lenta e ineficiente, o que determina a massa de uma estrela e, ainda, por que as estrelas tendem a se formar em aglomerados.

Segundo a Northwestern University, o Starforge já permitiu que os astrofísicos descobrissem que o fluxo dos jatos protoestrelares (fluxos de gás em alta velocidade que acompanham a formação de estrelas) tem papel vital para determinar a massa de uma estrela.

"Ao calcular a massa exata de uma estrela, os pesquisadores podem determinar seu brilho e mecanismos internos, bem como fazer melhores previsões sobre sua morte", diz a universidade.

Quando os cientistas executaram a simulação sem levar em conta os jatos, as estrelas ficaram muito grandes, chegando a ter 10 vezes a massa do Sol. Contudo, ao adicionar os jatos protoestrelares a equipe percebeu que as massas ficaram mais realistas.

Segundo o autor sênior do estudo, Claude-André Faucher-Giguère, entender como as estrelas se formam é uma questão central na astrofísica. "É uma questão muito desafiadora de explorar por causa da variedade de processos físicos envolvidos", disse.

Para compreender a formação das galáxias

A formação de uma estrela leva dezenas de milhões de anos. Por isso, para que os astrofísicos vejam todo o processo dinâmico da formação estelar, eles devem contar com simulações. Grudic e Faucher-Giguère afirmaram ao site da universidade que o Starforge pode ajudar os cientistas a aprender mais sobre o universo e até mesmo sobre os seres humanos.

Segundo Grudic, para compreender a formação de galáxias é preciso antes entender a formação das estrelas. "E ao compreender a formação da galáxia, podemos entender mais sobre o que o universo é feito. Compreender de onde viemos e como estamos situados no universo depende, em última análise, de compreender as origens das estrelas", afirmou.

"Conhecer a massa de uma estrela nos mostra seu brilho, bem como que tipos de reações nucleares estão acontecendo dentro dela. Com isso, podemos aprender mais sobre os elementos que são sintetizados nas estrelas, como carbono e oxigênio, elementos dos quais também somos feitos", disse Faucher-Giguère.

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