James Webb pode ter revelado as primeiras “estrelas escuras” do Universo

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Novas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelam que algumas das primeiras estrelas do Universo, formadas a partir de nuvens cristalinas de hidrogênio e hélio nas primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang, podem ser muito diferentes das estrelas comuns, alimentadas por fusão nuclear.

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Pesquisadores da Universidade Colgate, em Nova York (EUA), e da Universidade do Texas, em Austin (EUA), identificaram quatro objetos extremamente distantes que se enquadram nas características das chamadas “estrelas escuras”, tanto pelos seus espectros observados quanto pela sua morfologia.

“Estrelas escuras supermassivas são nuvens extremamente brilhantes, gigantes, porém fofas, compostas principalmente de hidrogênio e hélio, que são protegidas contra o colapso gravitacional pelas minúsculas quantidades de matéria escura autodestrutiva em seu interior”, disse Cosmin Ilie, que liderou o estudo publicado no periódico Proceedings of the National Academy of Sciences.

Estrelas escuras supermassivas e seus remanescentes de buracos negros podem ser a chave para resolver dois enigmas astronômicos recentes: as galáxias extremamente brilhantes, porém compactas e muito distantes, maiores do que o esperado, observadas com o JWST; e a origem dos buracos negros supermassivos que alimentam os quasares mais distantes observados. 

Desvendando mistérios das estrelas

• A teoria original por trás das estrelas escuras foi publicada pela primeira vez em 2008 por Doug Spolyar, Paolo Gondolo e Katherine Freese, que participou do estudo mais recente;
• Eles imaginaram como essas estrelas escuras poderiam ter levado a buracos negros supermassivos no Universo primitivo;
• Depois, em 2010, foram identificados dois mecanismos pelos quais estrelas escuras podem crescer e se tornar supermassivas, semeando os buracos negros supermassivos que alimentam muitos dos quasares mais distantes do Universo;
• No novo estudo, a equipe analisou os espectros e a morfologia de quatro dos objetos mais distantes já observados (incluindo duas candidatas de uma pesquisa de 2023): JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-13-0 e JADES-GS-z11-0 e descobriu que cada uma delas é consistente com uma interpretação de estrela escura supermassiva;
• Três delas são extremamente compactas e podem ser modeladas por estrelas escuras supermassivas alimentando uma nebulosa (ou seja, gás H e He ionizado ao redor da estrela).

“Pela primeira vez, identificamos candidatas espectroscópicas a estrelas escuras supermassivas no JWST, incluindo os primeiros objetos com desvio para o vermelho 14, apenas 300 milhões de anos após o Big Bang”, disse Freese. “Pesando um milhão de vezes o Sol, essas estrelas escuras primordiais são importantes não apenas para nos ensinar sobre a matéria escura, mas, também, como precursoras dos primeiros buracos negros supermassivos observados no JWST, que, de outra forma, seriam tão difíceis de explicar.”

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Em busca do desconhecido

Se confirmada, a identificação de estrelas escuras supermassivas abriria a possibilidade de aprender sobre as partículas de matéria escura e estabeleceria um novo campo da astronomia: o estudo de estrelas alimentadas por matéria escura.

Embora a matéria escura represente cerca de 25% do Universo, nenhuma evidência de suas partículas foi encontrada até o momento. Entre as principais candidatas à matéria escura estão as Partículas Massivas de Interação Fraca. Ao colidirem, essas partículas teoricamente se aniquilariam, depositando calor em nuvens de hidrogênio em colapso e convertendo-as em estrelas escuras e brilhantes.

As condições para a formação de estrelas escuras eram ideais algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang e no centro dos halos de matéria escura. É quando e onde se imagina que as primeiras estrelas do Universo tenham se formado.