Formam-se como as estrelas por colapso gravitacional de nuvens de gás, ou assemelham-se mais a planetas gigantes que adquiriram quantidades extraordinárias de matéria? Uma equipa de investigação do CNRS Terre & Univers (ver quadro) acaba de simular pela primeira vez o nascimento completo de uma anã marrom por colapso gravitacional, revelando as propriedades fÃsicas destes objetos misteriosos nos seus primórdios.
Renderização 3D mostrando a superfÃcie da anã marrom da simulação R1 com duas semanas de idade. A escala de cores indica a intensidade do campo magnético radial na superfÃcie. As linhas de fluxo verdes representam as espiras magnéticas fechadas, ou seja, as linhas de campo que se fecham do polo magnético norte ao polo magnético sul na superfÃcie. A seta vermelha indica o eixo do momento angular da anã marrom. Os painéis de imagem à esquerda e na base são cortes transversais do interior da anã marrom, mostrando respetivamente a amplitude da densidade de corrente (esquerda) e a entropia especÃfica do gás (base). O painel de imagem à direita exibe a intensidade máxima do campo magnético ao longo da linha de visão (eixo y). A massa e o raio da anã marrom são exibidos no canto superior esquerdo.
Para obter este resultado, os investigadores utilizaram o código de cálculo RAMSES nos supercomputadores franceses do TGCC e do CBPsmn. Estas simulações 3D de ponta integram todos os elementos fÃsicos-chave: gravidade, radiação e campos magnéticos, interagindo em diferentes escalas espaço-temporais.
A equipa modelou assim o colapso de núcleos densos de baixa massa (0,05 a 0,1 massa solar) numa gama dinâmica considerável, com 8 ordens de grandeza em extensão espacial (1000 unidades astronómicas a alguns milhares de quilómetros) e 17 ordens de grandeza em densidades (105 a 1022 partÃculas por centÃmetro3). Esta abordagem auto-coerente permite acompanhar toda a sequência: colapso isotérmico, formação do primeiro núcleo hidrostático, dissociação do hidrogénio molecular Hâ‚‚, e finalmente o nascimento da anã marrom.
Os resultados fornecem a imagem mais detalhada até à data desta formação. Os objetos resultantes apresentam raios iniciais de cerca de 0,75 raio solar e massas de aproximadamente 0,8 massa de Júpiter, crescendo posteriormente por acreção.
Ponto crucial: o estudo revela que as anãs marrons podem formar-se de maneira semelhante à s estrelas de baixa massa, mas com uma fase de primeiro núcleo prolongada, reforçando assim o cenário de formação estelar. As simulações demonstram também que o campo magnético implantado no objeto nascente atinge cerca de 1 quilogauss à superfÃcie, com uma estrutura principalmente dipolar.
Estes trabalhos fornecem um quadro teórico para os modelos que visam descrever a evolução destes objetos de muito baixa massa. Os investigadores planeiam agora analisar o nascimento dos discos circunstelares em torno destes objetos nascentes e estudar a evolução dos seus campos magnéticos.
Visualização dos campos magnéticos no interior de uma anã marrom.
Simulação 3D do nascimento de uma anã marrom por colapso gravitacional. Este vÃdeo ilustra a evolução temporal do processo de formação e o seu crescimento.
© Adnan-Ali AHMAD - CRAL
Simulação 3D do nascimento de uma anã marrom por colapso gravitacional. Este vÃdeo ilustra a evolução temporal do processo de formação e o seu crescimento.
© Adnan-Ali AHMAD - CRAL