As primeiras estrelas do Universo tiveram um trabalho importante. Eles se formaram a partir dos elementos primordiais criados pelo Big Bang, portanto não continham metais. Coube a eles sintetizar os primeiros metais e espalhá-los pelo Universo próximo.
O JWST fez alguns progressos na descoberta das primeiras galáxias do Universo. Poderá ter o mesmo sucesso na busca pelas primeiras estrelas?
Encontrar as primeiras galáxias do Universo é uma tarefa extremamente difícil e uma das principais motivações da construção do JWST. A luz desses objetos antigos é desviada do vermelho para o infravermelho, que o JWST é excelente em detectar. Ao realizar observações de campo profundo no infravermelho, o telescópio espacial localizou algumas das primeiras galáxias.
Mas as primeiras estrelas são mais antigas que as primeiras galáxias. As primeiras estrelas formaram-se cerca de 50 a 100 milhões de anos após o Big Bang, e a sua luz trouxe um eventual fim ao Universo. Idade das Trevas. Os astrofísicos pensam que estas estrelas eram extremamente grandes, com até 1000 massas solares.
O novo estudo é intitulado “A detecção e caracterização de estrelas altamente ampliadas com JWST:
Perspectivas de encontrar a População III.” Será publicado nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society. O autor principal é Erik Zackrisson do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Uppsala, Suécia.
“Devido à falta de refrigerantes eficientes e à fragmentação do gás quimicamente não enriquecido nessas épocas iniciais, acredita-se que as estrelas resultantes livres de metal (também conhecidas como População III) sejam caracterizadas por massas extremamente altas (massas características ~ 10 – 1000 massas solares) ”, escrevem os autores.
Para ver essas primeiras estrelas massivas, o JWST precisará da ajuda de lentes gravitacionais. “As lentes gravitacionais podem tornar estrelas individuais de grande massa detectáveis em distâncias cosmológicas, e várias estrelas extremamente ampliadas foram detectadas nos últimos anos em desvios para o vermelho z ~ 6”, explicam os autores. Em z ~ 6, a luz levou mais de 12,7 bilhões de anos-luz para chegar até nós.
As lentes gravitacionais aproveitam situações em que um objeto massivo em primeiro plano, como um aglomerado de galáxias, está entre nós e um objeto que queremos observar. À medida que a luz do alvo passa pelo objeto em primeiro plano – chamado de lente gravitacional – a luz é ampliada. Isso torna visível o objeto que de outra forma seria invisível.
As primeiras estrelas estão em cerca de z = 20 em termos de desvio para o vermelho, e o JWST deverá ser capaz de ver essa luz se puder fazer uso de lentes gravitacionais. Se puder, então o poderoso telescópio começará a fornecer-nos evidências observacionais para um período de tempo no Universo primordial que até agora compreendemos principalmente através da teoria: o Época da Reionização (EoR).
Durante a EoR, o Universo foi dominado por uma névoa densa e obscura de gás hidrogênio. Quando as primeiras estrelas se formaram, a sua luz ultravioleta reionizou o gás, permitindo que a luz viajasse. Este é um passo crítico na vida do Universo, por isso encontrar algumas das antigas estrelas Pop III que foram responsáveis é um objetivo importante.
Estas primeiras estrelas também são atraentes de outras maneiras e moldaram o nosso Universo. Eles eram massivos, milhões de vezes mais brilhantes que o Sol, e viveram por um curto período de tempo em comparação com uma estrela como o nosso Sol. Eles explodiram como supernovas ou colapsaram em buracos negros. Aqueles que se tornaram buracos negros engoliram gás e outras estrelas e se tornaram os primeiros quasares do Universo. Os astrofísicos pensam que estes quasares cresceram através de acreções e fusões para se tornarem buracos negros supermassivos que ancoram os centros de galáxias como a nossa Via Láctea.
As que explodiram como supernovas também desempenharam um papel importante. Eles forjaram os elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio e depois espalharam esses metais de volta ao espaço quando explodiram. As estrelas que vieram depois continham alguns desses metais, e os metais também formaram corpos rochosos. Antes das supernovas de População III, não existiam planetas rochosos e certamente não havia possibilidade de vida. Portanto, estas estrelas antigas e massivas, quer tenham terminado como supernovas ou buracos negros, ajudaram a preparar o cenário para o Universo que vemos hoje à nossa volta.
Se o JWST for bem-sucedido, não haverá fotos bonitas desses ancestrais estelares. Em vez disso, haverá dados. Desembaraçar esses dados e determinar se neles há estrelas do Pop III é uma tarefa complexa. Este esforço leva o telescópio espacial e os cientistas que trabalham com ele ao seu limite.
Por um lado, é difícil determinar espectroscopicamente estrelas enriquecidas com metais a partir de estrelas Pop III pobres em metais. Uma razão é que a maioria destas estrelas massivas estão provavelmente em pares binários, e isso complica o sinal de luz. Outra razão é que, se as estrelas ainda forem relativamente jovens, podem estar rodeadas por hidrogénio nebuloso, o que também torna os sinais luminosos difíceis de interpretar.
Se o JWST conseguir encontrar algumas destas estrelas, então o telescópio inovador – que já é um sucesso surpreendente – terá ainda mais sucesso. Ela e as pessoas que a operam estão metodicamente a marcar os requisitos da sua lista de objectivos científicos.
