The curved jet in the young star FN Tau

Título: O jato curvo na estrela jovem FN Tau

1. Problema e Contexto

As estrelas T Tauri clássicas (CTTSs) são estrelas jovens e de baixa massa que exibem atividade associada à acreção magnetosférica de matéria do disco protoplanetário. Esse processo de acreção é frequentemente acompanhado por fluxos de saída (outflows) na forma de ventos de disco e jatos colimados bipolares. Embora jatos sejam comuns, eles são detectados em menos de 40% das CTTSs. A literatura sugere uma conexão direta entre o aumento da taxa de acreção (manifestado como brilho fotométrico) e o lançamento de jatos.

O objeto de estudo, FN Tau, é uma estrela T Tauri extremamente jovem (< 1 Myr) localizada a cerca de 130 pc. Ela é conhecida por sua variabilidade fotométrica significativa e por possuir um disco protoplanetário visto quase de frente (inclinação $i \approx 13^\circ$). Embora evidências espectroscópicas indiretas sugerissem a presença de um jato (componente de alta velocidade na linha [O I]), a posição espacial da emissão coincidia com a da estrela dentro das incertezas observacionais, deixando a existência e a morfologia do jato não confirmadas diretamente. Além disso, a morfologia do fluxo de saída e a possível existência de um companheiro estelar (que poderia causar precessão do disco) eram questões em aberto.

2. Metodologia

Os autores empregaram uma abordagem observacional multifacetada combinando dados históricos e novas observações de alta precisão:

• Curva de Luz Histórica: Estimativas visuais de ~400 chapas fotográficas do Instituto Astronômico Sternberg (SAI MSU) cobrindo o período de 1951 a 1965, além de dados de arquivos modernos (ASAS-SN, etc.), para reconstruir a variabilidade da estrela.
• Fotometria Óptica e Polarimetria: Observações realizadas no Observatório da Montanha Cáucaso (CMO) com telescópios de 60 cm e 2,5 m, utilizando filtros UBV RcIc e um polarímetro de speckle (SPP) para medir a polarização e buscar companheiros próximos.
• Interferometria de Speckle: Realizada no telescópio de 2,5 m para detectar companheiros estelares em pequenas separações angulares.
• Espectroscopia de Baixa Resolução: Utilização do Espectrógrafo Duplo Feixe Transiente (TDS) no telescópio de 2,5 m. A estratégia chave foi obter espectros com diferentes ângulos de posição (PA) da fenda para mapear espacialmente as linhas de emissão.
• Imagens de Banda Estreita: Imagens obtidas com filtros H$\alpha$ e contínuo adjacente para identificar nebulosas de emissão (objetos HH) ao redor da estrela.
• Modelagem Teórica: Desenvolvimento de um modelo cinemático para um jato precessante, considerando a interação com o meio interestelar e a geometria de projeção, para explicar a curvatura observada.

3. Contribuições e Resultados Principais

• Descoberta do Jato e Objetos Herbig-Haro (HH 1267):

  • Os autores identificaram quatro novos objetos Herbig-Haro (rotulados A, B, C e D) ao redor de FN Tau, que foram catalogados como HH 1267.
  • Espectroscopia confirmou que os objetos B, C e D formam o jato (velocidade radial negativa, aproximando-se) e o objeto A forma o contra-jato (velocidade positiva, afastando-se).
  • O jato apresenta uma assimetria notável: três nós no jato principal versus apenas um no contra-jato.

• Detecção Direta do Microjato:

  • Ao variar o ângulo de posição da fenda espectroscópica, os autores detectaram um deslocamento espacial do centroide da linha [S II] 6731 Å em relação à posição da estrela.
  • O deslocamento máximo foi de $\approx 0,22''$ (aprox. 30 UA no plano do céu) quando a fenda estava alinhada a $\approx 285^\circ$.
  • A velocidade radial deste componente é de $\approx -91$ km/s, confirmando a existência de um microjato próximo à estrela, originado da componente de aproximação do fluxo.

• Morfologia Curva e Precessão:

  • A cadeia de objetos HH (B, C, D) não é linear; o ângulo de posição diminui com a distância da estrela, indicando que o jato se curva no sentido horário.
  • O modelo de ajuste sugere que essa curvatura é resultado da precessão das regiões internas do disco de acreção.
  • Parâmetros do modelo de jato precessante: inclinação do eixo $i \approx 14^\circ$, ângulo de abertura do cone de precessão $\beta \approx 28^\circ$, e velocidade inicial do jato $V_0 \approx 110$ km/s. A idade dinâmica do microjato é estimada em $\sim 10$ anos, enquanto os objetos HH mais distantes têm idades de $10^3$ a $10^4$ anos.

• Conexão com Erupções Históricas:

  • A análise da curva de luz histórica revelou que a FN Tau sofreu erupções significativas (aumento de brilho $\Delta m \approx 2^m$) na década de 1960.
  • A idade dinâmica do microjato ($\sim 10$ anos) e a escala de tempo dos eventos de acreção sugerem que o jato atual foi desencadeado por uma dessas erupções ocorridas há cerca de 60 anos, corroborando a hipótese de que aumentos na taxa de acreção ativam jatos.

• Ausência de Companheiro Estelar Detectável:

  • A interferometria de speckle e a monitorização de velocidade radial não detectaram um companheiro estelar massivo.
  • A baixa polarização observada é consistente com a visão quase polar do sistema (o disco não espalha luz significativamente para o observador).
  • Se houver um companheiro responsável pela precessão, ele deve ser um objeto de baixa massa (anão marrom ou planeta gigante), já que não foi detectado opticamente nem por variações de velocidade radial.

4. Significância e Conclusão

Este trabalho fornece uma confirmação direta e detalhada da existência de um jato na estrela FN Tau, resolvendo ambiguidades de estudos anteriores. A descoberta é significativa por vários motivos:

1. Validação do Mecanismo de Ativação: Corrobora a teoria de que erupções de acreção em estrelas T Tauri podem desencadear a formação de jatos, conectando diretamente a variabilidade fotométrica histórica com a cinemática do jato atual.
2. Morfologia de Jatos Precessantes: Oferece um caso de estudo claro de um jato curvo em um sistema visto quase de frente, apoiando a hipótese de que a precessão do disco interno (provavelmente induzida por um companheiro não resolvido) é o mecanismo dominante para a curvatura, em vez de apenas interações com o meio interestelar.
3. Assimetria de Fluxo: Ilustra a complexidade dos fluxos bipolares, onde o jato e o contra-jato podem ter morfologias e idades dinâmicas distintas devido à obstrução pelo disco ou heterogeneidades ambientais.
4. Implicações para Formação Planetária: A detecção de um possível companheiro (anão marrom/planeta) que induz precessão reforça a ideia de que interações dinâmicas no sistema jovem podem moldar a evolução do disco e a formação de planetas.

Em suma, o artigo demonstra que a busca por jatos em estrelas com alta variabilidade fotométrica é uma estratégia eficaz e revela a complexa dinâmica entre acreção, ejeção e a arquitetura interna de sistemas estelares jovens.