Os astrônomos podem ter descoberto os antigos remanescentes químicos das primeiras estrelas iluminando o Universo.
© NOIRLab (ilustração de um campo de estrelas de População III)
Utilizando uma análise inovadora de um quasar distante observado pelo telescópio Gemini North de 8,1 metros no Havaí, operado pelo NOIRLab, os cientistas encontraram uma proporção incomum de elementos que, argumentam, só podem ser originários dos detritos produzidos pela explosão de uma estrela de primeira geração com 300 massas solares.
As primeiras estrelas formaram-se provavelmente quando o Universo tinha apenas 100 milhões de anos, menos de 1% da sua idade atual. Estas primeiras estrelas, conhecidas como de População III, eram tão titanicamente massivas que quando terminaram as suas vidas como supernovas rasgaram-se a ela próprias, semeando o espaço interestelar com uma mistura distinta de elementos pesados. No entanto, apesar de décadas de procura diligente, não havia até agora evidências diretas destas estrelas primordiais.
Ao analisar um dos mais distantes quasares conhecidos, utilizando o telescópio Gemini North, um de dois telescópios idênticos que compõem o Observatório Internacional Gemini, os astrônomos pensam agora ter identificado o material remanescente da explosão de uma estrela de primeira geração. A luz deste quasar viajou durante 13,1 bilhões de anos, significando que o Universo tinha apenas 700 milhões de anos. Isto corresponde a um desvio para o vermelho de 7,54. Usando um método inovador para deduzir os elementos químicos contidos nas nuvens que rodeiam o quasar, notaram uma composição altamente incomum, o material continha mais de 10 vezes mais ferro do que magnésio em comparação com a proporção destes elementos encontrados no Sol.
Os cientistas pensam que a explicação mais provável para esta característica marcante é que o material foi deixado para trás por uma estrela de primeira geração que explodiu como uma supernova por instabilidade de pares. Estas versões notavelmente poderosas de explosões de supernova nunca foram testemunhadas, mas são teorizadas como sendo o fim da vida de estrelas gigantescas, com massas entre 150 e 250 vezes superiores à do Sol. As explosões de supernova por instabilidade de pares ocorrem quando os fótons no centro de uma estrela se transformam espontaneamente em elétrons e pósitrons.
Esta conversão reduz a pressão da radiação dentro da estrela, permitindo que a gravidade a ultrapasse, levando ao colapso e subsequente explosão. Ao contrário de outras supernovas, estes acontecimentos dramáticos não deixam vestígios, tais como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, ejetando ao invés todo o seu material para o ambiente.
Existem apenas duas formas de encontrar evidências delas. A primeira é apanhar uma supernova por instabilidade de pares no momento exato, o que é um acontecimento altamente improvável. A outra forma é identificar a assinatura química do material que é ejetado para o espaço interestelar.
Para a sua pesquisa, os astrônomos estudaram resultados de uma observação prévia feita pelo telescópio Gemini North, usando o GNIRS (Gemini Near-Infrared Spectrograph). Um espectrógrafo divide a luz emitida por objetos celestes nos seus comprimentos de onda constituintes, que transportam informação sobre quais os elementos que os objetos contêm. O Gemini é um dos poucos telescópios do seu tamanho com equipamento adequado para realizar tais observações. A dedução das quantidades de cada elemento presente, no entanto, é um esforço complicado porque o brilho de uma linha num espectro depende de muitos outros fatores para além da abundância do elemento.
Dois coautores da análise, Yuzuru Yoshii e Hiroaki Sameshima, da Universidade de Tóquio, abordaram este problema desenvolvendo um método de utilização da intensidade dos comprimentos de onda num espectro do quasar para estimar a abundância dos elementos ali presentes. Foi através da utilização deste método para analisar o espectro do quasar que descobriram a relação manifestamente baixa entre o magnésio e o ferro.
Para meticulosamente testar esta interpretação, são necessárias muitas mais observações para ver se outros objetos têm características semelhantes. Embora as estrelas de População III de alta massa tivessem desaparecido há muito, as impressões digitais químicas que deixam no seu material ejetado podem durar muito mais tempo e perdurar ainda hoje. Isto significa que os astrônomos podem ser capazes de encontrar as assinaturas de explosões de supernova por instabilidade de pares de estrelas há muito desaparecidas ainda impressas em objetos no nosso Universo local.
Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.
Fonte: National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory
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