Em um avião, os movimentos do ar em escalas pequenas e grandes contribuem para a turbulência, o que pode resultar em um voo turbulento. A turbulência em uma escala muito maior é importante para a forma como as estrelas se formam em nuvens moleculares gigantes que permeiam a Via Láctea.

Em um novo estudo no periódico Science Advances , cientistas criaram simulações para explorar como a turbulência interage com a densidade da nuvem. Grumos, ou bolsões de densidade, são os lugares onde novas estrelas nascerão. Nosso sol, por exemplo, se formou há 4,6 bilhões de anos em uma porção irregular de uma nuvem que entrou em colapso.

"Sabemos que o principal processo que determina quando e quão rápido as estrelas são feitas é a turbulência, porque ela dá origem às estruturas que criam estrelas", disse Evan Scannapieco, professor de astrofísica na Arizona State University e principal autor do estudo. "Nosso estudo descobre como essas estruturas são formadas."

Nuvens moleculares gigantes são cheias de movimentos aleatórios e turbulentos, que são causados pela gravidade, agitados pelos braços galácticos e ventos, jatos e explosões de estrelas jovens. Essa turbulência é tão forte que cria choques que impulsionam as mudanças de densidade na nuvem.

As simulações usaram pontos chamados partículas traçadoras para atravessar uma nuvem molecular e viajar junto com o material. Conforme as partículas viajam, elas registram a densidade da parte da nuvem que encontram, construindo um histórico de como os bolsões de densidade mudam ao longo do tempo. Os pesquisadores, que também incluíram Liubin Pan da Universidade Sun Yat Sen na China, Marcus Brüggen da Universidade de Hamburgo na Alemanha e Ed Buie II do Vassar College em Poughkeepsie, Nova York, simularam oito cenários, cada um com um conjunto diferente de propriedades realistas da nuvem.

A equipe descobriu que a aceleração e desaceleração dos choques desempenham um papel essencial no caminho das partículas. Os choques desaceleram à medida que entram em gás de alta densidade e aceleram à medida que entram em gás de baixa densidade. Isso é semelhante a como uma onda do oceano se fortalece quando atinge águas rasas na costa.

Quando uma partícula atinge um choque, a área ao redor dela se torna mais densa. Mas como os choques desaceleram em regiões densas, uma vez que os pedaços se tornam densos o suficiente, os movimentos turbulentos não podem torná-los mais densos. Essas regiões de alta densidade mais cheias são onde as estrelas têm mais probabilidade de se formar.

Enquanto outros estudos exploraram estruturas de densidade de nuvens moleculares, esta simulação permite que cientistas vejam como essas estruturas se formam ao longo do tempo. Isso informa a compreensão dos cientistas sobre como e onde as estrelas provavelmente nascerão.

"Agora podemos entender melhor por que essas estruturas têm a aparência que têm, porque podemos rastrear suas histórias", disse Scannapieco.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA está explorando a estrutura de nuvens moleculares. Ele também está explorando a química de nuvens moleculares, que depende da história do gás modelado nas simulações. Novas medições como essas informarão nossa compreensão da formação de estrelas.