Os astrônomos descobriram que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) pode já ter encontrado a tão procurada primeira geração de estrelas nascida logo após o Big Bang.
Estas estrelas iniciais, referidas como estrelas de População III ou POP III, residem numa galáxia chamada LAP1-B, que foi previamente estudada pelo telescópio espacial de 10 mil milhões de dólares. A luz desta galáxia tem viajado durante 13 mil milhões de anos para chegar ao JWST, o que significa que vemos LAP1-B como era apenas 800 milhões de anos após o Big Bang.
Esta galáxia está tão distante que só era visível, mesmo à visão infravermelha altamente sensível do JWST, graças a um fenómeno previsto pela primeira vez por Albert Einstein na sua teoria da relatividade geral de 1915. Conhecido como lente gravitacional, este fenômeno descreve a ampliação da luz de um objeto distante através da deformação do espaço por um corpo massivo intermediário. A lente gravitacional que ampliou LAP1-B é um enorme aglomerado de galáxias que fica entre a Terra e LAP1-B, a uma distância de cerca de 4,3 bilhões de anos-luz, chamado MACS J0416.1-2403 (MACS0416).
Identificando as estrelas primogênitas do universo
O JWST vê a galáxia LAP1-B como era durante uma era do universo chamada “época da reionização”, durante a qual se pensa que a luz ultravioleta das primeiras estrelas e galáxias está a transformar o gás neutro de hidrogénio e hélio num gás carregado e sobreaquecido chamado plasma. Como tal, marca o fim da “idade das trevas cósmica”.
Pensa-se que estas estrelas POP III se formaram antes desta época; reunindo-se cerca de 200 milhões de anos após o Big Bang, depois que o universo se expandiu e esfriou o suficiente para permitir que elétrons e prótons formassem os primeiros átomos de hidrogênio, o elemento mais leve do cosmos.
“No modelo padrão da cosmologia, as estrelas POP III formam-se em estruturas muito pequenas de matéria escura que servem como blocos de construção para galáxias maiores”, disse Visbal. “Assim, eles nos ensinam sobre os estágios iniciais da formação e evolução das galáxias. Eles também podem restringir as propriedades da matéria escura, uma vez que modelos alternativos de matéria escura impactam onde eles se formam pela primeira vez.”
Isto significa que os astrónomos têm estado interessados em identificar estrelas POP III, mas esta primeira geração de corpos estelares tem-se revelado difícil de detectar até agora.
“As estrelas POP III têm sido evasivas porque se formam principalmente em épocas iniciais, por isso estão muito distantes e em pequenos aglomerados”, disse Visbal. “Isso os deixa muito fracos.”
Como as estrelas POP III foram forjadas numa época em que o universo era preenchido com pouco mais do que hidrogênio e hélio, com apenas um punhado de elementos mais pesados (que os astrônomos chamam de “metais”), a primeira geração de estrelas deveria se destacar das estrelas modernas “ricas em metais” como o Sol (uma estrela POP I) devido à sua baixa metalicidade.
Esta baixa metalicidade teve outro impacto também nas estrelas POP III, permitindo-lhes atingir massas tremendas equivalentes a 100 vezes a do Sol e mais. Além disso, acredita-se que as estrelas POP III também se agrupem em grupos relativamente pequenos devido às suas vastas massas.
“Simulações indicam que, como o gás primordial esfria de forma menos eficiente do que o gás com elementos pesados como carbono e oxigênio, há menos fragmentação do gás durante a formação estelar”, disse Visbal. “Isto leva as estrelas POP III a serem mais massivas do que as estrelas enriquecidas com metal, possivelmente com massas típicas de 100 vezes a massa do Sol.”
Na verdade, a equipa descobriu que as estrelas em LAP1-B estão rodeadas por gás com vestígios mínimos de metais e que parecem estar em grupos de cerca de 1.000 massas solares.
Estas descobertas também sugerem que as lentes gravitacionais podem ser uma forma eficaz de caçar mais estrelas POP III em épocas iniciais ou em altos desvios para o vermelho.
“Até fazermos o cálculo, pensei que o nosso modelo descobriria que as estrelas Pop III são demasiado raras com um desvio para o vermelho de 6,6 para serem encontradas numa parte fortemente ampliada de uma lente gravitacional. Fiquei agradavelmente surpreendido ao descobrir que o nosso cálculo mostrou que deveriam ser suficientemente comuns para serem observadas atrás de um aglomerado como o MACSJ0416,” concluiu Visbal. “A seguir, queremos realizar simulações hidrodinâmicas mais detalhadas da transição das estrelas Pop III para Pop II (a segunda geração de estrelas do universo) para ver se são consistentes com o espectro do LAP-1B e de objetos semelhantes.”
A pesquisa da equipe foi publicada no final de outubro em As cartas do jornal astrofísico.
