Uma equipe internacional liderada pelo pesquisador do ICREA Mark Gieles, do Instituto de Ciências Cosmológicas da Universidade de Barcelona (ICCUB) e do Instituto de Pesquisas Espaciais da Catalunha (IEEC), criou um novo modelo que revela como estrelas extremamente massivas (EMS) com massas superiores a 1.000 vezes a do Sol moldam a formação e o desenvolvimento inicial dos aglomerados estelares mais antigos do Universo.
Postado em Avisos mensais da Royal Astronomical SocietyA investigação mostra que estas estrelas massivas e de vida curta desempenham um papel crucial na determinação da composição química dos aglomerados globulares (GC), um dos sistemas estelares mais antigos e misteriosos conhecidos.
Aglomerados de estrelas globulares: antigas testemunhas da história do universo
Os aglomerados estelares globulares são coleções esféricas compactas de centenas de milhares a milhões de estrelas encontradas em quase todas as galáxias, incluindo a nossa Via Láctea. A maioria deles tem mais de 10 mil milhões de anos, sugerindo que surgiram pouco depois do Big Bang.
As estrelas dentro destes aglomerados apresentam composições químicas incomuns, com quantidades de elementos como hélio, nitrogênio, oxigênio, sódio, magnésio e alumínio maiores do que o esperado. Estas mudanças intrigantes têm sido um mistério para os astrónomos, sugerindo processos complexos que alteram o gás a partir do qual as estrelas se formaram, possivelmente envolvendo “contaminantes” extremamente quentes.
Simulando o nascimento de antigos aglomerados estelares
O novo estudo estende uma teoria existente chamada modelo de influxo inercial, aplicando-a às condições extremas do universo primitivo. Os investigadores demonstraram que nos aglomerados estelares mais massivos, os fluxos turbulentos de gás podem produzir naturalmente estrelas extremamente massivas (EMS) com massas que variam entre 1.000 e 10.000 vezes a massa do Sol. Estas gigantes estelares geram ventos poderosos cheios de produtos da fusão do hidrogénio a alta temperatura, que depois se misturam com o gás primordial circundante para formar estrelas com impressões digitais químicas únicas.
“O nosso modelo mostra que apenas algumas estrelas extremamente massivas podem deixar uma marca química duradoura num aglomerado inteiro,” explica Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). “Finalmente liga a física da formação de aglomerados globulares às assinaturas químicas que observamos hoje.”
Laura Ramírez Galeano e Corinne Charbonnel, investigadoras da Universidade de Genebra, acrescentaram: “Sabe-se que as reações nucleares nos centros de estrelas supermassivas podem produzir padrões de abundância apropriados. Temos agora um modelo que fornece um caminho natural para a formação destas estrelas em aglomerados estelares massivos.”
Todo o processo acontece rapidamente – apenas um a dois milhões de anos – e antes que ocorra qualquer explosão de supernova, evitando que o material da supernova contamine o gás do aglomerado.
Desbloqueando pistas sobre o universo primitivo e os buracos negros
As implicações destas descobertas vão muito além da Via Láctea. Os autores acreditam que as galáxias ricas em nitrogênio observadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) podem conter aglomerados estelares globulares, onde os aglomerados estelares globulares são principalmente estrelas supermassivas formadas nos estágios iniciais da evolução galáctica.
“As estrelas supermassivas podem ter desempenhado um papel fundamental na formação das primeiras galáxias”, salienta Paolo Padoan (Dartmouth College e ICCUB-IEEC). “Sua luminosidade e produção química explicam naturalmente as protogaláxias ricas em nitrogênio que observamos agora no universo primitivo com o JWST.”
Acredita-se que essas estrelas massivas terminem suas vidas colapsando em buracos negros de massa intermediária (pesando mais de 100 sóis) que podem ser detectados por meio de ondas gravitacionais.
No geral, este estudo fornece uma explicação coerente que liga a formação de estrelas, o enriquecimento químico e a formação de buracos negros. Mostra que estrelas extremamente massivas foram críticas para o desenvolvimento das primeiras galáxias, ao mesmo tempo que enriqueceram aglomerados estelares globulares e produziram os primeiros buracos negros.
