Concepção artística de um evento de perturbação de marés (TDE), uma estrela sendo destruída pela poderosa gravidade de um buraco negro massivo. Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
Os investigadores desenvolveram um método para detectar as primeiras estrelas do Universo, observando as explosões únicas produzidas quando estas estrelas são dilaceradas por buracos negros. Essas descobertas poderiam nos permitir entender mais sobre o universo primitivo, com a ajuda de NASAos mais recentes telescópios que podem observar as emissões infravermelhas resultantes.
Pouco depois do Universo ter começado com o Big Bang, as primeiras estrelas, compostas principalmente por hidrogénio e hélio, começaram a formar-se. As propriedades destas estrelas de primeira geração, Pop III, são muito diferentes das estrelas como o nosso Sol ou mesmo das que estão a formar-se hoje. Eles eram tremendamente quentes, gigantescos em tamanho e massa, mas de vida muito curta.
As estrelas Pop III são as primeiras fábricas a sintetizar a maioria dos elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio que nos rodeiam hoje. Eles também são muito importantes para a formação de gerações posteriores de estrelas e galáxias. No entanto, até agora não houve detecções diretas convincentes de estrelas Pop III, uma vez que estas estrelas formadas no Universo primitivo estão muito distantes e são demasiado ténues para qualquer um dos nossos telescópios no solo ou no espaço.
Novos métodos de detecção por cientistas da HKU
Pela primeira vez, os cientistas da HKU descobriram um novo método para detectar estas primeiras estrelas no Universo primordial. Um estudo recente liderado pelo grupo de pesquisa da Professora Jane Lixin DAI do Departamento de Física da HKU propôs que uma estrela Pop III pode ser despedaçada pela força das marés se vagar nas proximidades de um buraco negro massivo.
Num tal evento de perturbação de marés (TDE), o buraco negro deleita-se com os detritos estelares e produz explosões muito luminosas. Os investigadores investigaram o complexo processo físico envolvido e demonstraram que estas explosões podem brilhar através de milhares de milhões de anos-luz para chegar até nós hoje. Mais importante ainda, eles descobriram que as assinaturas únicas destas explosões TDE podem ser usadas para identificar a existência de estrelas Pop III e obter informações sobre as suas propriedades.
Características únicas e avanços tecnológicos
“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 irão aumentar e decair durante um longo período de tempo, o que as diferencia das TDEs de estrelas do tipo solar no Universo próximo,” disse a Professora Jane Dai, investigadora principal e autora correspondente do projeto.
“Curiosamente, não apenas as escalas de tempo das explosões são ampliadas, mas também o seu comprimento de onda. A luz óptica e ultravioleta emitida pelo TDE será transferida para emissões infravermelhas ao chegar à Terra.” Rudrani Kar Chowdhury, pós-doutorado do Departamento de Física da HKU e primeiro autor do artigo, acrescentou ainda.
Perspectivas futuras com missões da NASA
O que torna a descoberta mais emocionante é que duas missões emblemáticas da NASA, o recentemente lançado Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman (Roman), têm a capacidade de observar tais emissões infravermelhas a grandes distâncias.
Professora Priya Natarajan do Departamento de Astronomia e Física da Universidade de Yale e um co-autor do artigo mencionou: “As capacidades únicas de Roman de ser simultaneamente capaz de observar uma grande área do céu e espiar profundamente o Universo primitivo tornam-no uma sonda promissora para detectar essas erupções Pop III TDE, que por sua vez serviriam como uma descoberta indireta de estrelas do Pop III.”
Janet Chang, estudante de doutorado no Departamento de Física da HKU e coautora do artigo, acrescentou: “Esperamos que algumas dezenas desses eventos sejam detectados por Roman todos os anos se a estratégia de observação correta for seguida. ”
Com estas descobertas em mente, a próxima década apresenta um potencial significativo para identificar estas fontes distintas, levando a revelações emocionantes sobre estrelas Pop III e desvendando os mistérios da origem do universo.
Referência: “Detecting Population III Stars through Tidal Disruption Events in the Era of JWST and Roman” por Rudrani Kar Chowdhury, Janet NY Chang, Lixin Dai e Priyamvada Natarajan, 8 de maio de 2024, O Cartas de diários astrofísicos.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad41b7
