As primeiras estrelas do Universo eram extremamente quentes e incrivelmente grandes, muitas vezes atingindo centenas de vezes a massa do Sol.
© Melanie Gonick (simulação do aparecimento das primeiras supernovas do Universo)
Esta simulação mostra como as primeiras supernovas do Universo podem ter surgido. O instantâneo acima, que mostra a forma da supernova 50 segundos após sua explosão inicial, destaca dois poderosos jatos que expelem elementos pesados como zinco (pontos verdes) para o espaço.
Estas estrelas se formaram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, estas gigantes ferventes não continham virtualmente nenhum elemento mais pesado que hidrogênio e hélio, que eram os únicos materiais prontamente disponíveis na época. Mas devido à sua estatura considerável, as primeiras estrelas também viveram rápido e morreram duramente, durando apenas alguns milhões de anos antes de explodirem como supernovas poderosas.
Quando estas primeiras estrelas rapidamente queimaram seu combustível, forjaram elementos mais leves em elementos mais pesados, como carbono, ferro e zinco. Então, durante a dramática agonia da morte, elas lançaram seus constituintes ao espaço, semeando a próxima geração de estrelas com elementos pesados. E embora os astrônomos ainda não tenham detectado diretamente nenhuma destas primeiras gigantes, eles encontraram evidências de sua existência.
Agora, uma nova pesquisa sugere que estas estrelas em chamas eram especiais por outro motivo: quando explodiram, elas não saíram como supernovas esféricas normais. Em vez disso, as explosões ostentaram jatos violentos que expeliram material a mais de 145 milhões de quilômetros por hora, ou cerca de 13% da velocidade da luz. Estes jatos permitiram que alguns dos elementos pesados (chamados metais) presos dentro das estrelas pudessem chegar às galáxias vizinhas, incluindo a incipiente Via Láctea.
"Esta é a primeira evidência observacional de que uma supernova assimétrica ocorreu no início do Universo," disse Rana Ezzeddine, do Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Para realizar o estudo, os pesquisadores usaram o Cosmic Origins Spectrograph no telescópio espacial Hubble para investigar uma estrela peculiar conhecida como HE 1327-2326, localizada a cerca de 5.000 anos-luz de distância da Terra, no halo da Via Láctea. Enquanto as primeiras estrelas são chamadas de estrelas da População III, a HE 1327-2326 é um membro da próxima geração, chamada de estrelas da População II. Como as estrelas da População III, as estrelas da População II contêm uma relativa escassez de elementos pesados; no entanto, elas contêm alguns.
"As estrelas menores que se formaram como a segunda geração ainda estão disponíveis hoje, e preservam o material primitivo deixado por estas primeiras estrelas," disse a física Anna Frebel, do MIT, que descobriu a HE 1327-2326 em 2005. "A HE 1327-2326 tem apenas uma pitada de elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio, por isso sabemos que ela deve ter se formado como parte da segunda geração de estrelas.”
Neste caso, "uma pitada" pode ser um exagero. Até 2014, a HE 1327-2326 detinha o título de estrela com a mais baixa abundância conhecida de ferro, um indicador comum da quantidade total de metal em uma estrela. De fato, a HE 1327-2326 contém várias centenas de milhares de vezes menos ferro relativo que o Sol.
Mas, apesar de sua deficiência de ferro, os pesquisadores descobriram que a HE 1327-2326 tem uma quantidade surpreendente de zinco. Os pesquisadores realizaram dezenas de milhares de simulações de estrelas da População III explodindo e semeando a próxima geração de estrelas. Embora houvesse uma série de simulações de supernovas esféricas que reproduzissem com precisão o teor de ferro extremamente baixo visto na HE 1327-2326, nenhuma delas foi capaz de replicar o sinal de zinco observado. Isso efetivamente eliminou a possibilidade de que uma supernova esférica alimentasse de zinco extra a HE 1327-2326.
Em vez disso, eles concluíram que a única maneira provável pela qual a HE 1327-2326 só poderia ter adquirido tanto zinco, embora tendo ao mesmo tempo tão pouco ferro, é se a estrela da População III original explodisse assimetricamente, lançando seu zinco com jatos tremendamente poderosos.
Mas estas supernovas da População III não são apenas especiais porque geraram jatos, elas também deram um impacto maior do que a maioria das supernovas que vemos hoje. "Descobrimos que esta primeira supernova foi muito mais enérgica do que se pensava antes, cerca de cinco a dez vezes mais," disse Ezzeddine. "Na verdade, a idéia anterior da existência de uma supernova mais fraca para explicar as estrelas de segunda geração pode em breve precisar ser retirada."
“A hipótese de trabalho é: talvez estrelas de segunda geração deste tipo se formem nestes sistemas virgens poluídos, e não no mesmo sistema que a própria explosão de supernova, que é sempre o que assumimos, sem pensar de outra maneira,” disse Frebel. "Então, isto está abrindo um novo canal para a formação inicial de estrelas."
A nova pesquisa foi publicada no periódico The Astrophysical Journal.
Fonte: Astronomy
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