Uma pesquisa disponível em pré-impressão no servidor arxiv.org, já aceita para publicação no Astrophysical Journal, relata ter encontrado os traços químicos de uma das primeiras estrelas do cosmos, nascidas quando o universo tinha apenas 100 milhões de anos — que teriam explodido no que os cientistas estão chamando de “super-supernovas”.
Essas estrelas de primeira geração, pertencentes à chamada População III, terminaram suas vidas em explosões de supernovas titânicas que semearam o universo com elementos químicos que as estrelas haviam forjado durante suas vidas.
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Segundo uma variedade de estudos, esse material foi então incorporado na próxima geração de estrelas, planetas e até em nós mesmos, o que indica que compreender como essas primeiras estrelas enriqueceram o universo com elementos pesados é vital para entender sua evolução ao longo de seus 13,7 bilhões de anos de história.
Usando o telescópio Gemini North, no Havaí, para estudar um quasar extremamente distante, os autores do artigo puderam analisar como ele era quando o universo tinha “apenas” 700 milhões de anos de existência e encontraram em seu entorno uma nuvem com uma assinatura química diferente.
Eles puderam elucidar os elementos químicos na nuvem e encontraram uma proporção extraordinariamente alta de ferro para magnésio, 10 vezes maior do que a mesma proporção no Sol. A equipe acredita que isso poderia ser o resultado de uma estrela de primeira geração com uma massa 300 vezes maior que a do astro rei, que explodiu em uma supernova notavelmente poderosa designada supernova de instabilidade dupla.
Nenhuma supernova de instabilidade dupla foi testemunhada até agora
De acordo com o site Space.com, os astrônomos ainda não testemunharam uma supernova de instabilidade dupla, mas teorizam que essas explosões cavalares ocorrem quando morrem estrelas gigantescas com massas entre 150 e 250 vezes a do Sol.
Durante essa poderosa explosão cósmica, fótons no centro de uma estrela espontaneamente teriam se transformado em elétrons carregados negativamente e suas contrapartes carregadas positivamente, os pósitrons. Isso acaba com a pressão de radiação externa que suporta estrelas contra a força interna da gravidade durante suas vidas.
Como resultado, a estrela experimenta um colapso gravitacional, desencadeando uma explosão de supernova que arrebenta as camadas externas.
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Enquanto supernovas comuns deixam para trás remanescentes estelares na forma de estrelas de nêutrons ou buracos negros, supernovas de instabilidade dupla, em vez disso, ejetam todo o seu material no espaço.
Dessa forma, os cientistas não são capazes de detectar essas supernovas procurando remanescentes estelares. Elas só podem ser rastreadas de duas maneiras: seja observando-as diretamente à medida que acontecem — o que é altamente improvável tendo em vista o quão vasto é o espaço — ou detectando a assinatura química do material irrompido.
“Era óbvio para mim que o candidato a supernova para isto seria uma supernova de instabilidade dupla de uma estrela da População III, na qual a estrela inteira explode sem deixar nenhum remanescente para trás”, disse a coautora da pesquisa e astrônoma da Universidade de Tóquio Yuzuru Yoshii, em comunicado. “Fiquei encantada e um pouco surpresa ao descobrir que uma supernova de instabilidade dupla de uma estrela com uma massa cerca de 300 vezes maior que a do Sol fornece uma proporção de magnésio para o ferro que concorda com o baixo valor que derivamos para o quasar”.
Yoshii e sua equipe recorreram a observações anteriores feitas pelo telescópio Gemini North de 8,1 metros usando o Espectrógrafo Quase-Infravermelho Gemini (GNIRS) para caçar assinaturas de estrelas da População III explodidas.
Como os elementos absorvem e emitem luz em comprimentos de onda específicos, eles deixam ‘impressões digitais’ distintas na luz que passa por uma nuvem, e instrumentos como GNIRS conseguem determinar a composição química da nuvem.
Determinar as quantidades de um elemento, no entanto, continua sendo difícil, uma vez que o brilho de uma assinatura pode depender de fatores diferentes da abundância.
Para resolver esse problema, a equipe de Yoshii criou um método que se baseia na intensidade dos comprimentos de onda de luz provenientes do espectro de luz de um quasar.
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Essa abordagem permitiu que os cientistas determinassem a abundância de elementos em nuvens ao redor desse objeto, revelando a quantidade extraordinariamente alta de ferro em comparação ao magnésio.
A equipe considera este o indicador mais claro até agora de uma estrela da População III e uma supernova de instabilidade dupla. Os cientistas querem investigar nuvens quasares semelhantes e tentar descobrir se elas também apresentam essas características.
Embora estrelas de alta massa da População III tenham morrido há muito tempo, suas assinaturas químicas ainda podem ser detectáveis. A equipe acredita que a assinatura de instabilidade dupla pode durar muito tempo, então a evidência de estrelas mortas há muitos e muitos anos também pode ser encontrada impressa em objetos no universo local.
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