Como duas estrelas massivas formaram uma binária em 60 anos?

Astrônomos flagraram, pela primeira vez, o nascimento completo de uma binária estelar massiva com o observatório ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). As duas estrelas não nasceram juntas. Elas se uniram depois de um encontro gravitacional casual.

O sistema observado é o IRAS 07299−1651, formado por dois protoestrelas massivas, astros ainda em formação que crescem ao capturar gás e poeira ao redor. Uma equipe internacional liderada por Yichen Zhang, da Shanghai Jiao Tong University, na China, acompanhou o movimento das duas estrelas ao longo de quase oito anos, medindo deslocamentos mínimos na posição delas no céu.

O resultado é a primeira reconstrução tridimensional completa de uma binária estelar massiva ainda em formação. Ela inclui a órbita mútua, a inclinação dos discos de gás ao redor de cada estrela e a direção dos jatos de material lançados pelos astros.

Segundo o estudo, a órbita é altamente excêntrica, próxima de uma trajetória parabólica, e os discos estão inclinados em ângulos acentuados entre si e em relação à própria órbita.

Como as duas estrelas se encontraram no espaço

Cada estrela nasceu separadamente, em bolsões distintos de gás dentro da mesma nuvem, antes de se aproximarem por um encontro gravitacional casual. De acordo com o estudo, pelo menos 90% das estrelas massivas nascem acompanhadas de uma ou mais estrelas companheiras, mas a origem exata dessas binárias raramente é observada em tempo real.

“Pela primeira vez, conseguimos observar duas estrelas massivas se movendo uma ao redor da outra enquanto ainda estavam nascendo”, disse Yichen Zhang, em comunicado.

A equipe já havia estudado o sistema em 2019, quando observações do ALMA forneceram as primeiras evidências diretas sobre o movimento do par. Na época, os dados pareciam compatíveis com o cenário mais comum, no qual as duas estrelas se formam a partir da fragmentação de um único disco de gás. Um detalhe, porém, que chamou a atenção é que os discos ao redor das duas estrelas apareciam desalinhados.

O que outros telescópios acrescentaram à descoberta

O monitoramento de longo prazo pelo ALMA foi combinado com dados do Very Large Array (VLA), além de imagens em infravermelho do Telescópio Espacial James Webb e do Very Large Telescope (VLT), do ESO (European Southern Observatory). Essas observações rastrearam os jatos de material que escapam das jovens estrelas.

“Cada telescópio revelou uma peça diferente do quebra-cabeça”, disse Rubén Fedriani, coautor do estudo. “A combinação de observações em rádio e infravermelho oferece o detalhe mais completo já obtido sobre a formação deste sistema protobinário massivo.”

Ao juntar os dados, a equipe encontrou uma órbita bem diferente do esperado. Em vez de um caminho circular, as estrelas seguem uma trajetória altamente excêntrica, próxima de uma órbita parabólica, com os discos inclinados em ângulos acentuados entre si e em relação ao plano orbital.

“Foi como resolver um quebra-cabeça tridimensional”, disse Yao Wang, primeira autora do estudo. “Cada nova observação trazia mais uma peça, até que a órbita, os discos e os jatos se encaixaram em um quadro único e coerente.”

O que ainda não se sabe sobre o futuro da dupla

Ainda não é possível confirmar se as duas estrelas vão permanecer unidas pela gravidade. O movimento atual do par está próximo do limite entre uma órbita estável e uma trajetória que pode se desfazer, e a interação com o gás ao redor ainda pode inclinar esse destino para um lado ou para outro.

Segundo as soluções orbitais reconstruídas pela equipe, as duas estrelas passaram pelo ponto de maior aproximação há cerca de 60 anos, um intervalo mínimo em escala cósmica. Mesmo assim, os discos compactos ao redor de cada estrela sobreviveram ao encontro e mantiveram estruturas de rotação bem definidas.

“Este estudo mostra que os primeiros estágios de vida das estrelas podem ser bastante caóticos, com um encontro casual levando a essa dança gravitacional e a essa união estelar”, disse Jonathan C. Tan, coautor do estudo.

Novas observações devem ajudar a confirmar se o par vai continuar unido. A equipe pretende aplicar a mesma estratégia de monitoramento de longo prazo a outras binárias massivas jovens, para entender com que frequência encontros como esse, e não o nascimento a partir de um único disco, dão origem aos sistemas binários massivos observados na Via Láctea.

O estudo foi publicado na revista científica Nature Astronomy.