Os astrônomos há muito tempo buscam evidências da primeira geração de estrelas do Universo e, à medida que galáxias mais distantes se tornam visíveis, parece que essas estrelas podem finalmente estar no nosso alvo.
© STScI (ilustração da formação de estrelas no início do Universo)
Desde o seu lançamento em 2021, o telescópio espacial James Webb (JWST) tem fornecido aos astrônomos olhos para observar o passado distante, descobrindo muitas galáxias cuja luz revela os estágios iniciais da formação de estrelas e galáxias no Universo.
Dentro da população de galáxias recém-descobertas, existem algumas com propriedades químicas bizarras que, à primeira vista, parecem ser muito ricas para existirem tão cedo no Universo. Essas abundâncias difíceis de conciliar podem ser um sinal das primeiras estrelas do Universo. Conhecidas como estrelas da População III, as primeiras estrelas do Universo nasceram de nuvens gigantes de gás primordial (hidrogênio, hélio e um pouco de lítio) e foram capazes de se formar com massas centenas a milhares de vezes maiores que a massa do nosso Sol.
Embora tenham brilhado intensamente, sua queima não durou muito tempo, terminando suas vidas em violentas supernovas e lançando seus componentes recém-enriquecidos de volta ao ambiente ao redor. Apesar dessas estrelas estejam mortas há muito tempo, as marcas químicas que deixaram em suas galáxias hospedeiras podem persistir, e entender como as estrelas da População III criam e distribuem metais pode nos dar pistas sobre as estranhas assinaturas químicas recentemente encontradas com o JWST.
Pesquisadores identificaram algumas galáxias que exibem altas proporções de nitrogênio para oxigênio (N/O) que não podem ser explicadas por estrelas semelhantes às que existem no Universo hoje. Algumas dessas galáxias poderiam ser explicadas por meio de múltiplas populações estelares, estrelas em rápida rotação, explosões massivas ou os estágios iniciais da formação de aglomerados globulares. No entanto, GS 3073, uma galáxia com um desvio para o vermelho de z = 5,55 (cerca de um bilhão de anos após o Big Bang), tem um excesso de N/O tão alto que, até agora, desafiou qualquer explicação.
Com o objetivo de compreender esse fenômeno bizarro, Devesh Nandal (Universidade da Virgínia; Centro de Astrofísica de| Harvard & Smithsonian) e colaboradores usaram modelos de evolução estelar para verificar se as estrelas da População III poderiam ser as culpadas. Modelando estrelas com massas de 1.000 a 10.000 vezes a massa do nosso Sol, os autores rastrearam os rendimentos elementares dessas estrelas supermassivas à medida que passam pelos vários estágios de queima nuclear.
A análise leva em consideração a mistura dentro das estrelas, a perda de massa ao longo de suas vidas e como o material ejetado pela supernova se mistura no meio interestelar. A partir dessa modelagem, foi descoberto que estrelas massivas da População III, entre 1.000 e 10.000 massas solares, podem produzir as abundâncias elementares observadas em GS 3073. Estrelas menos massivas não produzem razões N/O suficientemente altas, e estrelas mais massivas têm razões oxigênio-hidrogênio muito menores, sugerindo fortemente limites de massa superior e inferior para as possíveis estrelas supermassivas que poderiam ter produzido a composição química de GS 3073.
Este estudo da GS 3073 é o primeiro do gênero a confirmar as marcas químicas de estrelas da População III em sua galáxia hospedeira neste desvio para o vermelho. A abundância única de nitrogênio só pode ser produzida por meio das fases evolutivas de estrelas da População III que queimam rápido o suficiente para produzir e liberar uma quantidade excessiva de nitrogênio, enquanto outros elementos permanecem consistentes. A partir de sua modelagem, os pesquisadores sugerem que galáxias com excesso de nitrogênio ainda maior podem existir, e novas observações com o JWST podem encontrá-las.
A busca por estrelas da População III está em plena expansão; outro estudo recente examinou a galáxia LAP1-B. Enquanto GS 3073 mostra evidências de estrelas da População III por meio de abundâncias químicas, o estudo de LAP1-B descobriu que a galáxia corresponde às previsões teóricas para os ambientes de formação e distribuições de massa de estrelas da População III. Ambos os trabalhos de pesquisa atuais estão lançando as bases para a riqueza de descobertas possíveis com o JWST, e as primeiras estrelas do Universo não estão mais fora de alcance.
Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: American Astronomical Society