Observar as primeiras estrelas é um dos santos graais da astronomia. Agora, uma equipe da Universidade de Hong Kong liderada pela astrônoma Jane Lixin Dai está propondo um novo método para detectá-los. Se funcionar, a abordagem promete abrir uma janela sobre a origem do próprio cosmos.
As primeiras estrelas do Universo formaram-se logo após o Big Bang. Os astrônomos as chamam de estrelas de “População III” (ou Pop III). Eles são diferentes do Sol e de outras estrelas do cosmos moderno por vários motivos. Eles se formaram principalmente a partir do hidrogênio e do hélio no cosmos recém-nascido. A partir daí, eles cresceram para tamanhos e massas exorbitantes muito rapidamente. Esse crescimento teve um preço. Essas estrelas tiveram vidas muito curtas porque expeliram seus combustíveis centrais muito rapidamente. No entanto, a fusão nos seus núcleos e as circunstâncias das suas mortes criaram os primeiros elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio. Esses novos elementos semearam as próximas gerações de estrelas.
Então, por que não podemos detectar esses primeiros gigantes estelares? Por um lado, eles existiram muito longe, muito cedo na história, e a sua luz é muito fraca. Isso não quer dizer que sejam indetectáveis. Os astrônomos só precisam de métodos e tecnologia avançados para identificá-los.
Como “ver” as primeiras estrelas
A equipe do professor Dai acaba de publicar um estudo que sugere uma conexão entre essas primeiras estrelas e buracos negros próximos. Resumindo, eles observaram o que acontece quando uma estrela Pop III interage com um buraco negro. Essencialmente, ele é despedaçado e devorado. Por exemplo, o supermassivo no coração da nossa galáxia, a Via Láctea – chamado Sagitário A* – faz isso. Tem o hábito regular de destruir estrelas que se aproximam demais. Quando tal evento de perturbação de marés (TDE) acontece, liberta enormes quantidades de radiação. Se a mesma coisa acontecer noutra galáxia – não importa a distância – a luz do evento será detectável. Acontece que essas erupções de eventos de perturbação das marés têm propriedades interessantes e únicas usadas para inferir a existência das antigas estrelas Pop III.
“À medida que os fotões energéticos viajam de uma distância muito distante, a escala de tempo da explosão será esticada devido à expansão do Universo. Estas erupções de TDE aumentarão e diminuirão durante um longo período de tempo, o que as diferencia das TDEs de estrelas do tipo solar no Universo próximo”, disse Dai.
Além disso, a expansão do Universo amplia os comprimentos de onda da luz das explosões, de acordo com o colega de Dai, Rudrani Kar Chowdhury. “A luz óptica e ultravioleta emitida pelo TDE será transferida para emissões infravermelhas quando chegar à Terra”, disse Chowdhury. Essas emissões são exatamente o tipo de luz que as novas gerações de telescópios foram construídas para observar.
Procurando pelas primeiras estrelas com telescópios avançados
Este método de detecção está no caminho do JWST e dos próximos telescópios Nancy Grace Roman. Ambos são otimizados para detectar objetos escuros e distantes por meio de comprimentos de onda infravermelhos. Eles deveriam ser capazes de procurar a luz esticada daquelas estrelas do Pop III há muito desaparecidas que tiveram a infelicidade de encontrar um buraco negro. Em particular, o telescópio romano utilizará o seu instrumento de campo amplo para recolher a fraca luz infravermelha das estrelas nascidas nas primeiras épocas do tempo cósmico.
Os astrónomos geralmente aceitam que estas primeiras estrelas se formaram talvez cem milhões de anos após o Big Bang. Foi quando regiões excessivamente densas cheias de hidrogênio e hélio começaram a sofrer colapso gravitacional. As estrelas que se formaram nessas primeiras creches eram puramente hidrogénio e hélio – por outras palavras, eram “livres de metal”. Eles viveram talvez alguns milhões de anos antes de explodirem como supernovas cataclísmicas. (Em comparação, o Sol existe há cerca de 4,5 mil milhões de anos e ainda lhe restam alguns milhares de milhões de anos antes de se tornar uma gigante vermelha e depois uma anã branca.) Os elementos mais pesados criados no interior dessas primeiras estrelas foram lançados para o espaço, enriquecendo as regiões vizinhas. nuvens moleculares com infusões de carbono, oxigênio, nitrogênio e outros elementos. Algumas das maiores primeiras estrelas poderiam ter colapsado diretamente para formar buracos negros.
A descoberta destas primeiras estrelas e da sua luz emitida (particularmente a partir de possíveis interações com buracos negros primitivos) dará aos astrónomos uma visão surpreendente das condições do Universo primordial. Mesmo que essas estrelas já tenham desaparecido há muito tempo, o JWST, o Roman e outros telescópios podem olhar para trás no tempo e ver a sua fraca luz infravermelha. Se o método de Dai funcionar, esses telescópios poderão ser responsáveis pela descoberta de dezenas de estrelas Pop III todos os anos.
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