Uma nova teoria de especialistas em dinâmica de fluidos da Universidade da Califórnia em Berkeley, mostra como vórtices zumbis ajudam a levar ao nascimento de uma nova estrela.
Reportando na edição de 20 de Agosto de 2013, da Physical Review Letters, uma equipe liderada pelo físico computacional Philip Marcus, mostrou como variações na densidade do gás levam a uma instabilidade que então gera um redemoinho semelhante a um vórtice necessário para formar estrelas.
Os astrônomos aceitam que nos primeiros passos do nascimento de uma nova estrela, densas nuvens de gás colapsam em aglomerados que, com um determinado momento angular, giram em um ou mais discos onde uma protoestrela começa a se formar. Mas para a protoestrela crescer, o disco em rotação precisa perder parte de seu momento angular de modo que o gás possa reduzir sua velocidade e espiralar em direção à protoestrela. Uma vez que a protoestrela ganha massa suficiente, ela inicia o processo de fusão nuclear.
“Após esse último passa, uma estrela nasce”, disse Marcus, professor no Departamento de Engenharia Mecânica.
O que tem sido confuso é exatamente como o disco da nuvem perde seu momento angular de modo que a massa possa alimentar a protoestrela.
A teoria mais aceita na astronomia foca nos campos magnéticos como as forças desestabilizadoras que reduzem as velocidades dos discos. Um problema nessa teoria é que o gás precisa estar ionizado, ou carregado com um elétron livre, para que ele possa interagir com um campo magnético. Contudo, existem regiões no disco protoplanetário que são muito frias para ter uma ionização.
“Os modelos atuais mostram que devido ao fato do gás no disco ser muito frio para interagir com os campos magnéticos, o disco é muito estável”, diz Marcus. “Muitas regiões são tão estáveis que os astrônomos as chamam de zonas mortas – assim não tem ficado claro como a matéria no disco desestabiliza e colapsa numa estrela”.
Os pesquisadores dizem os modelos atuais falham ao considerar as mudanças na densidade do gás do disco com base no seu peso.
“Essa mudança na densidade cria uma abertura para a violenta instabilidade”, diz Pedram Hassanzadeh coautor do estudo, que fez esse trabalho como um estudante de doutorado na UC Berkeley em engenharia mecânica. Quando eles consideraram a mudança de densidade em seus modelos computacionais, vórtices 3D emergiram no disco protoplanetário, e esses vórtices criaram mais vórtices levando a eventual interrupção do momento angular do disco protoplanetário.
“Pelo fato dos vórtices nascerem dessas zonas mortas, e pelo fato de novas gerações de vórtices gigantes marcharem através dessas zonas mortas, nós nos referimos a eles como vórtices zumbis”, disse Marcus. “Os vórtices zumbis desestabilizam o gás em órbita que permite que ele caia na protoestrela para completar a sua formação”.
Os pesquisadores notaram que as mudanças na densidade vertical do líquido ou do gás ocorre através da natureza, desde oceanos – onde a água perto do fundo é mais fria, salgada e mais densa do que a água perto da superfície – até a nossa atmosfera, onde o ar é mais fino em grandes altitudes. Essas mudanças na densidade as vezes criam instabilidades que resultam na turbulência e nos vórtices, como redemoinhos, furacões e tornados. A atmosfera com uma densidade altamente variável do planeta Júpiter abriga numerosos vórtices, incluindo a famosa Grande Mancha Vermelha.
Esse novo modelo tem chamado a atenção dos colegas de Marcus na UC Berkeley, incluindo Richard Klein, professor adjunto de astronomia e um astrofísico teórico no Lawrence Livermore National Laboratory. Klein e seu companheiro especialista em formação de estrelas, Christopher McKee, professor de física e astronomia na UC Berkeley, não fizeram parte do trabalho descrito na Physical Review Letters, mas estão colaborando com Marcus para fazer mais testes com os vórtices.
Klein e McKee têm trabalhado na última década para calcular os primeiros passos cruciais da formação das estrelas, que descreve o colapso de gigantes nuvens de gás em discos. Eles irão colaborar com a equipe de Marcus para fornecer velocidades, temperaturas e densidades dos discos que circundam as protoestrelas. Essa colaboração permitirá que a equipe de Marcus estude a formação e a marcha dos vórtices zumbis em um modelo de disco mais realista.
“Outras equipes de pesquisa têm descoberto instabilidade nos discos protoplanetários, mas parte do problema é que essas instabilidade precisam de agitações contínuas”, disse Klein. “A coisa boa sobre os vórtices zumbis é que eles se auto replicam, assim, mesmo que se comece com poucos vórtices, eles podem eventualmente cobrir as zonas mortas no disco”.
Os outros coautores da UC Berkeley no estudo são Suyang Pei, estudante de doutorado, e Chung-Hsiang Jiang, pesquisador de pós-doutorado, no departamento de Engenharia Mecânica.
A National Science Foundation, ajuda e suporta essa pesquisa.
Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/08/130820185811.htm
