Os astrônomos descobriram que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) pode ter descoberto a tão procurada primeira geração de estrelas nascidas logo após o Big Bang.
Estas primeiras estrelas, conhecidas como estrelas de População III ou POP III, viviam numa galáxia chamada LAP1-B, que foi previamente estudada por um telescópio espacial de 10 mil milhões de dólares. A luz desta galáxia viajou 13 mil milhões de anos para chegar Universidade de Wisconsin, Isto significa que estamos vendo LAP1-B apenas 800 milhões de anos após o Big Bang.
Desde que Albert Einstein previu este fenómeno pela primeira vez na sua teoria da relatividade geral de 1915, a galáxia está tão distante que mesmo a visão infravermelha altamente sensível do JWST só consegue vê-la. Este fenômeno, conhecido como lente gravitacional, descreve a distorção do espaço por um objeto massivo intermediário que amplifica a luz de objetos distantes. A lente gravitacional que amplia LAP1-B é um enorme aglomerado de galáxias localizado a cerca de 4,3 bilhões de anos-luz entre a Terra e LAP1-B, chamado MACS J0416.1-2403 (MACS0416).
Identificando as primeiras estrelas nascidas no universo
A galáxia LAP1-B vista pelo JWST estava em uma época cósmica conhecida como a “Era da Reionização”, durante a qual se acredita que a luz ultravioleta das primeiras estrelas e galáxias esteja convertendo os gases neutros de hidrogênio e hélio em um gás carregado e superaquecido chamado plasma. Como tal, marca o fim da “idade das trevas cósmica”.
Acredita-se que essas estrelas POP III tenham se formado antes desta era; reunindo-se cerca de 200 milhões de anos depois Big Bang, Depois que o universo se expandiu e esfriou o suficiente para que elétrons e prótons formassem os primeiros átomos de hidrogênio, o elemento mais leve do universo.
“No modelo padrão da cosmologia, as estrelas POP III formam-se em estruturas muito pequenas de matéria escura que são os blocos de construção de galáxias maiores”, disse Visbal. “Assim, eles nos falam sobre os estágios iniciais da formação e evolução das galáxias. Eles também podem restringir as propriedades da matéria escura, já que modelos alternativos de matéria escura afetam onde elas se formam pela primeira vez.”
Isto significa que os astrónomos têm estado interessados em identificar estrelas POP III, mas até agora, a primeira geração de objetos estelares tem sido difícil de detetar.
“As estrelas POP III têm sido evasivas porque se formaram principalmente cedo, por isso estão distantes e formam pequenos aglomerados”, disse Visbal. “Isso os torna muito fracos.”
Como as estrelas POP III se formaram quando o universo estava cheio apenas de hidrogênio e hélio e pequenas quantidades de elementos mais pesados (o que os astrônomos chamam de “metais”), a primeira geração de estrelas deveria ter se destacado das estrelas modernas “ricas em metais” como o Sol (estrelas POP I) devido à sua menor metalicidade.
Esta baixa metalicidade também tem outro efeito nas estrelas POP III, fazendo-as atingir massas massivas equivalentes a 100 vezes a do Sol ou mais. Além disso, devido à sua enorme massa, acredita-se que as estrelas POP III também estejam agrupadas em aglomerados relativamente pequenos.
“Simulações mostram que menos gás é fragmentado durante a formação estelar porque o gás original esfria de forma menos eficiente do que o gás contendo elementos mais pesados como carbono e oxigênio”, disse Visbal. “Isto resulta em estrelas POP III mais massivas do que estrelas ricas em metais, com massas típicas talvez 100 vezes a massa do Sol.”
Na verdade, a equipa descobriu que as estrelas em LAP1-B estão rodeadas por gás contendo quantidades muito pequenas de metais e parecem estar agrupadas em grupos de cerca de 1.000 massas solares.
As descobertas também sugerem que as lentes gravitacionais podem ser uma forma eficaz de encontrar mais estrelas POP III em épocas iniciais ou em altos desvios para o vermelho.
“Antes de realizarmos os nossos cálculos, pensei que o nosso modelo descobriria que as estrelas Pop III com um desvio para o vermelho de 6,6 eram demasiado raras para serem encontradas na porção fortemente ampliada das lentes gravitacionais. Fiquei agradavelmente surpreendido ao descobrir que os nossos cálculos mostraram que deveriam ser suficientemente comuns para serem observadas atrás de enxames estelares como MACSJ0416,” concluiu Visbal. “A seguir, esperamos realizar simulações hidrodinâmicas mais detalhadas da transição de estrelas Pop III para estrelas Pop II (a segunda geração de estrelas no Universo) para ver se são consistentes com os espectros do LAP-1B e de objetos semelhantes.”
Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados no final de outubro Cartas de revistas astrofísicas.
