Um modelo de matéria escura exótica sugere que as primeiras estrelas podem ter se formado não como indivíduos, mas como pequenos bolsões embutidos em gigantescas folhas semelhantes a panquecas.

Isso teria levado à formação de estrelas verdadeiramente gigantescas que o telescópio James Webb pode ser capaz de detectar, diz uma equipe de pesquisa.

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Os astrônomos têm riqueza de evidências para sugerir que a grande maioria de toda a matéria no universo é matéria escura, o que significa que não interage com a luz ou a matéria normal.

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Por exemplo, as estrelas giram em torno dos centros de suas galáxias muito rapidamente, dada a gravidade de toda a matéria que podemos ver. A mesma coisa acontece quando observamos os movimentos das galáxias dentro dos aglomerados.

E a teia cósmica, o arranjo de grande estrutura de galáxias em todo o universo, apareceu e se desenvolveu muito rapidamente, dada a escassa quantidade de gravidade fornecida por todos os objetos visíveis.

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Portanto, grande parte do nosso universo é invisível, mas ainda não sabemos do que é feita essa parte escura. Uma sugestão popular é conhecida como matéria escura fria, o que significa que a matéria escura é feita de algum tipo de partícula exótica que geralmente viaja muito mais devagar que a velocidade da luz.

Embora esse modelo seja extremamente bem-sucedido – ele pode explicar todas as estranhas observações de galáxias e estruturas – ele tem algumas deficiências.

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Por um lado, o modelo de matéria escura fria luta em escalas menores que as galáxias. Por exemplo, o modelo prevê muito mais material nos centros das galáxias do que observamos e prevê galáxias satélites muito menores do que podemos detectar.

Uma ideia para contornar isso é tornar a matéria escura fria um pouco “difusa”. Se a matéria escura é feita de partícula incrivelmente pequena – digamos, 10^22 vezes menor que um elétron – então seria leve o suficiente para que sua natureza de onda mecânica quântica aparecesse em grandes escalas. Então, em vez dessas partículas existirem como objetos pontuais, elas seriam difusas e suas identidades estariam espalhadas por regiões de até mil anos-luz.

Uma nova receita

Ao tornar a matéria escura difusa, essa natureza ondulatória da partícula efetivamente a espalha em grandes distâncias, o que resolve muitos dos problemas de acúmulo enfrentados pela matéria escura fria. Em outras palavras, esse modelo impede que a matéria escura construa estruturas menores que 1.000 anos-luz.

Como esse modelo foi projetado para explicar as observações existentes, para fazer o trabalho da ciência, devemos sair e encontrar uma nova maneira de testar a ideia. Essa é a motivação por trás de novo artigo no The Astrophysical Journal Letters.

No artigo, os astrônomos desenvolveram simulações de computador do início do universo e do aparecimento das primeiras estrelas. Eles permitiram que a matéria escura fosse “difusa” e observaram como isso mudou a evolução da matéria normal e o desenvolvimento das estrelas.

Estrelas e galáxias precisam de matéria escura para se formar. Como o universo está em constante expansão, você precisa de muita gravidade para reunir aglomerado de gás e obter densidades altas o suficiente para desencadear a fusão e o início da formação de estrelas.

E simplesmente não há matéria normal suficiente no universo para que isso aconteça. Mas aglomerados de matéria escura no universo primitivo servem como incubadoras gravitacionais, atraindo matéria normal suficiente para formar estrelas e galáxias.

Então, se você alterar as propriedades da matéria escura, como torná-la difusa, você muda a forma como as estrelas e as galáxias evoluem.

Caroços na massa

Em suas simulações, os pesquisadores descobriram que quando a matéria escura se torna difusa, muda a narrativa de como as estrelas se formam. Na matéria escura fria regular, as estrelas brilham primeiro enterradas profundamente em minúsculos bolsões individuais espalhados por todo o cosmos. Mas com a matéria escura difusa, folhas bidimensionais gigantescas que se assemelham a panquecas se formam primeiro.

A “panqueca”, então, rapidamente se fragmenta em bolsos individuais que eventualmente se transformam em estrelas. Então, não importa o que aconteça, você preenche um universo com uma coleção de estrelas, assim como em cenários normais de matéria escura fria. Mas os pesquisadores encontraram uma diferença-chave observável.

Como as panquecas bidimensionais têm tanta massa e colapsam tão rapidamente, a primeira geração de estrelas é muito maior do que os cenários de matéria escura fria preveem.

Essas primeiras estrelas em modelos difusos de matéria escura podem atingir até um milhão de vezes a massa do Sol, onde a matéria escura fria pode produzir, na melhor das hipóteses, estrelas algumas centenas de vezes maiores que o Sol.

Por causa de seus enormes tamanhos, as estrelas não viveriam muito. E em um piscar de olhos, a primeira geração de estrelas desapareceria em furiosa tempestade de explosões de supernovas. A partir daí, com as panquecas dissipadas, a formação normal de estrelas iniciaria e o universo começaria a se parecer mais com o nosso.

Embora o James Webb não seja capaz de observar diretamente as primeiras estrelas a aparecer no universo, ele é capaz de visualizar algumas das primeiras galáxias, que podem conter alguns remanescentes da geração primordial de estrelas.

Os pesquisadores preveem que, se o Webb não vir estrelas de primeira geração, isso pode ser evidência para o cenário da equipe, porque em seu modelo, todas as estrelas de primeira geração morrem rapidamente.

Alternativamente, o James Webb pode ser capaz de detectar os restos da radiação da intensa rodada de supernovas.

Com informações de Space.com

Imagem destacada: Valery Brozhinsky/Shutterstock

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