Usando o Telescópio Espacial James Webb, os astrônomos podem ter descoberto a primeira evidência de estrelas monstruosas semelhantes a dinossauros que existiram logo após o Big Bang. Acredita-se que esses titãs estelares pré-históricos tinham massas tão grandes quanto 10.000 vezes a do sol.
Tal como os dinossauros, estas estrelas monstruosas já não existem, mas tal como a geologia da Terra é povoada por fósseis de dinossauros, o universo está repleto de “fósseis cósmicos” deixados por estas primeiras estrelas: buracos negros. Na verdade, confirmar que estas estrelas existiam com massas tão tremendas no Universo primitivo poderia ajudar a explicar como buracos negros supermassivos cresceu para massas equivalentes às de milhões de sóis antes mesmo de o cosmos ter 1 bilhão de anos.
“Nossa última descoberta ajuda a resolver um mistério cósmico de 20 anos. Com GS 3073, temos a primeira evidência observacional de que essas estrelas monstruosas existiram”, disse o membro da equipe Daniel Whalen, da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido. disse em um comunicado. “Estes gigantes cósmicos teriam ardido de forma brilhante durante um breve período de tempo antes de colapsarem em enormes buracos negros, deixando para trás as assinaturas químicas que podemos detectar milhares de milhões de anos mais tarde. Um pouco como os dinossauros na Terra – eram enormes e primitivos. E tiveram vidas curtas, vivendo apenas um quarto de milhão de anos – um piscar de olhos cósmico.”
Uma galáxia com química estranha
A “arma fumegante” neste caso foi um desequilíbrio de nitrogênio em oxigênio em GS 3073 que não pode ser explicado por nenhum tipo conhecido de estrela. A galáxia tem uma proporção de nitrogênio para oxigênio de 0,46, que é muito maior do que pode ser explicada por qualquer tipo conhecido de estrela ou explosão estelar.
“As abundâncias químicas agem como uma impressão digital cósmica, e o padrão em GS3073 é diferente de tudo que as estrelas comuns podem produzir. Seu nitrogênio extremo corresponde apenas a um tipo de fonte que conhecemos – estrelas primordiais milhares de vezes mais massivas que o nosso Sol”, disse o membro da equipe Devesh Nandal, do Centro de Astrofísica (CfA), Harvard e Smithsonian, no comunicado. “Isto diz-nos que a primeira geração de estrelas incluía objetos verdadeiramente supermassivos que ajudaram a moldar as primeiras galáxias e podem ter semeado os atuais buracos negros supermassivos.”
A equipe pegou essas informações e modelou a evolução de estrelas com massas variando de 1.000 a 10.000 vezes a massa do Sol para determinar quais elementos as estrelas forjariam e depois semeariam em seus lares galácticos após a morte das supernovas. Isto revelou um mecanismo específico que poderia criar uma enorme quantidade de nitrogênio.
Essas estrelas monstruosas queimam hélio em seus núcleos para criar carbono, que então “vaza” para uma camada externa da estrela onde o hidrogênio está queimando. A fusão do carbono e do hidrogênio cria então o nitrogênio, que é perturbado pela estrela por meio de convecção. Depois disso, a matéria rica em nitrogênio escapa para o espaço, enriquecendo o material gasoso circundante.
O facto de este processo ter continuado durante milhões de anos pode explicar a abundância de azoto no GS3073. Estrelas com massas inferiores a 1.000 massas solares, ou superiores a 10.000 massas solares, não produzem o mesmo enriquecimento químico.
A investigação da equipa também prevê o que aconteceria quando estas estrelas dinossauros chegassem ao fim das suas vidas, sugerindo que colapsariam diretamente em buracos negros. A ausência de uma explosão de supernova significa que estes buracos negros ainda podem ter massas milhares de vezes superiores à do Sol, o que lhes daria uma grande vantagem no crescimento de buracos negros supermassivos.
Na verdade, existe um buraco negro supermassivo em alimentação no coração da GS 3073 que poderá ser a “filha” das fusões entre os buracos negros criados por estas estrelas monstruosas. A equipa irá agora procurar outras galáxias primitivas ricas em azoto no Universo primitivo, o que irá reforçar a existência destas estrelas monstruosas.
A pesquisa da equipe foi publicada em novembro em As cartas do jornal astrofísico.
