Formação estelar induzida por choques de Supernovas e por Turbulência Magneto-hidrodinâmica 

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Leão, Márcia Regina Moreira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Campos Magnéticos; difusão; Formação Estelar; Magnetic fields diffusion; Remanescentes de Supernovas; Star formation; Supernova remnants; turbulence; Turbulência
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14131/tde-30062013-202626/

Neste trabalho investigamos os efeitos de choques (induzidos por supernovas) e de turbulência magneto-hidrodinâmica no processo de formação estelar. Primeiramente, considerando o impacto de um remanescente de supernova (RSN) com uma nuvem neutra magnetizada derivamos analiticamente um conjunto de condições através das quais estas interações podem levar à formação de estruturas densas capazes de tornarem-se gravitacionalmente instáveis e formar estrelas. Usando estas condições, construímos diagramas do raio do RSN, $R_$, versus a densidade inicial da nuvem, $n_c$, os quais delimitam um domínio no espaço paramétrico onde a formação estelar é permitida. Estes diagramas foram testados através de simulações numéricas magneto-hidrodinâmicas tridimensionais (3D MHD) onde seguimos a evolução espaço-temporal da interação de um RSN com uma nuvem auto-gravitante. Verificamos que a análise numérica está de acordo com os resultados previstos pelos diagramas. Observamos ainda que a presença de um campo magnético fraco, $\\sim 1 \\; \\mu$G, inicialmente homogêneo e perpendicular à velocidade de impacto do RSN, resulta em uma pequena diminuição da região permitida para formação estelar nos diagramas quando comparado a diagramas para nuvens não magnetizadas. Já um campo magnético mais intenso ($\\sim 10\\;\\mu$G) causa um encolhimento significativo nestas, como esperado. Embora derivados de considerações analíticas simples estes diagramas fornecem uma ferramenta útil para identificar locais onde a formação estelar pode ter sido induzida pelo impacto de uma onda de choque de SN. Aplicações a algumas regiões de nossa Galáxia (como a Grande Concha de CO na direção de Escorpião e a Nuvem Periférica 2 na direção da constelação de Cassiopeia) mostram que a formação estelar nestes locais pode ter sido induzida por uma onda de choque de um RSN em passado recente, quando se consideram valores específicos para as condições iniciais das nuvens impactadas.%, para valores específicos de raio do RSN e uma faixa de densidades iniciais possíveis para estas nuvens. Avaliamos também a eficiência de formação estelar efetiva para estas interações e encontramos que esta é geralmente menor do que os valores observados para a nossa Galáxia (sfe $\\sim$ 0.01$-$0.3). Este resultado é consistente com outros trabalhos da literatura e também sugere que este mecanismo, embora poderoso para induzir a formação de estruturas, turbulência supersônica e eventualmente formação estelar local, não parece ser suficiente para induzir a formação estelar global em galáxia normais, nem mesmo quando o campo magnético é desprezado. Além do estudo acima, exploramos ainda a formação estelar considerando a injeção prévia de turbulência (por um mecanismo físico arbitrário) em nuvens magnetizadas. Para uma nuvem ou glóbulo de nuvem molecular formar estrelas deve haver transporte de fluxo magnético das regiões internas mais densas para as regiões externas menos densas da nuvem, de outra forma o colapso poderá ser impedido pela força magnética. Consideramos aqui um novo mecanismo. Reconexão magnética rápida, a qual ocorre em presença de turbulência, pode induzir um processo de difusão eficiente dos campos magnéticos. Neste trabalho investigamos esse processo por meio de simulações numéricas 3D MHD e suas implicações para a formação estelar, estendendo um estudo prévio realizado para nuvens de simetria cilíndrica e sem auto-gravidade (Santos-Lima et al. 2010). Aqui consideramos nuvens mais realistas com potenciais gravitacionais esféricos (devido a estrelas embebidas) e também levando em conta os efeitos da auto-gravidade do gás. Determinamos, pela primeira vez, quais as condições em que o transporte do campo magnético devido à difusão por reconexão turbulenta leva uma nuvem inicialmente subcrítica a tornar-se super-crítica e capaz de colapsar para formar estrelas. Nossos resultados indicam que a formação de um núcleo supercrítico é resultado de uma complexa interação entre gravidade, auto-gravidade, intensidade do campo magnético e turbulência aproximadamente trans-sônica e trans-Alfvénica. Em particular, a auto-gravidade favorece a difusão do campo magnético por reconexão turbulenta e, como resultado, seu desacoplamento do gás colapsante torna-se mais eficiente do que quando apenas um campo gravitacional externo está presente. Demonstramos que a difusão por reconexão turbulenta é capaz de remover fluxo magnético da maior parte das nuvens investigadas, porém somente uma minoria desenvolve núcleos aproximadamente críticos ou super-críticos, o que é consistente com as observações. A formação destes é restrita ao seguinte intervalo de condições iniciais para as nuvens: razão pressão térmica-pressão magnética, $\\beta \\sim 1$ a $3$, razões entre a energia turbulenta e a energia magnética $E_/E_\\sim 1.62$ a $2.96$, e densidades $50 < n < 140$ cm$^$, quando consideramos massas estelares M$_{\\star}\\sim 25$M$_{\\odot}$, implicando uma massa total da nuvem (gás + estrelas) M$_\\lesssim 120$M$_{\\odot}$.