Astrônomos descobrem o que poderia ser uma das estrelas mais antigas do Universo conhecido

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L2 Puppis, uma estrela gigante vermelha como a SPLUS J2104-0049. Créditos: OES / Digitized Sky Survey 2.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Uma estrela gigante vermelha a 16.000 anos-luz de distância parece ser um membro genuíno da segunda geração de estrelas do Universo.

De acordo com uma análise de sua abundância química, parece conter elementos produzidos na vida e na morte de uma única estrela da primeira geração. Portanto, com sua ajuda, podemos até encontrar a primeira geração de estrelas que nasceram em nosso Universo – nenhuma das quais ainda foi descoberta.

Além disso, os pesquisadores realizaram suas análises por meio da fotometria, técnica que mede a intensidade da luz, oferecendo uma nova forma de encontrar esses objetos antigos.

“Relatamos a descoberta de SPLUS J210428.01-004934.2 (posteriormente abreviado para SPLUS J2104-0049), uma estrela ultra-pobre em metais selecionada a partir da sua fotometria de banda estreita S-PLUS e confirmada por espectroscopia de média e de alta resolução”, escreveram o pesquisadores em seu estudo.

“Essas observações de prova de conceito são parte de um esforço contínuo para confirmar espectroscopicamente candidatos de baixa metalicidade identificados por fotometria de banda estreita”.

Embora tenhamos uma boa compreensão de como o Universo se desenvolveu desde o Big Bang até o cenário repleto de estrelas que conhecemos e amamos hoje, as primeiras estrelas a acenderem suas luzes piscantes na escuridão primordial, conhecidas como estrelas da População III, permanecem um mistério.

Os processos atuais de formação de estrelas nos dão algumas pistas sobre como essas primeiras estrelas se estruturaram, mas até que as encontremos, basearemos nosso entendimento em informações incompletas.

Uma trilha de migalhas de pão são as estrelas da População II – as próximas gerações após a População III. Destas, a geração imediatamente seguinte à População III é talvez a mais empolgante, visto que é a mais próxima em composição à População III.

Podemos identificá-las por sua baixíssima abundância de elementos como carbono, ferro, oxigênio, magnésio e lítio, detectados pela análise do espectro de luz emitido pela estrela, que contém as assinaturas químicas dos elementos nela.

Isso porque, antes que as estrelas surgissem, não havia elementos pesados ​​- o Universo era uma espécie de sopa composta principalmente de hidrogênio e hélio. Quando as primeiras estrelas se formaram, era disso que elas provavelmente eram feitas também – é por meio do processo de fusão termonuclear em seus núcleos que os elementos mais pesados ​​foram formados.

Primeiro, o hidrogênio é fundido em hélio, depois hélio em carbono e assim por diante até o ferro, dependendo da massa da estrela (as menores não têm energia suficiente para fundir hélio em carbono e morrem quando chegam a esse ponto). Mesmo as estrelas mais massivas não têm energia suficiente para fundir o ferro; quando seu núcleo é inteiramente de ferro, elas se transformam em supernovas.

Essas explosões cósmicas colossais expelem todo aquele material fundido para o espaço próximo; além disso, as explosões são tão enérgicas que geram uma série de reações nucleares que forjam elementos ainda mais pesados, como ouro, prata, tório e urânio. As estrelas bebês que se formam a partir de nuvens que contêm esses materiais têm maior metalicidade do que as estrelas que vieram antes.

As estrelas de hoje – População I – têm a maior metalicidade. (A propósito, isso significa que eventualmente nenhuma nova estrela será capaz de se formar, uma vez que o suprimento de hidrogênio do Universo é finito – bons tempos.) E estrelas que nasceram quando o Universo era muito jovem têm metalicidade muito baixa, com as primeiras estrelas conhecidas como estrelas ultra-pobres em metais ou estrelas UPM.

Essas UPMs são consideradas estrelas genuínas da População II, enriquecidas por material de apenas uma única supernova da População III.

Usando uma análise fotométrica chamada S-PLUS, uma equipe de astrônomos liderada pelo NOIRLab da National Science Foundation dos EUA identificou SPLUS J210428-004934, e embora não tenha a menor metalicidade que detectamos ainda (essa honra pertence a SMSS J0313-6708), tem uma metalicidade média para uma estrela UPM.

Ela também tem a menor abundância de carbono que os astrônomos já viram em uma estrela ultra-pobre em metais. Isso poderia nos dar uma nova delimitação importante para a estrela progenitora e nos modelos de evolução estelar para metalidades muito baixas, disseram os pesquisadores.

Para descobrir como a estrela poderia ter se formado, eles realizaram uma modelagem teórica. Eles descobriram que as abundâncias químicas observadas em SPLUS J210428-004934, incluindo o baixo carbono e estrelas UPM com abundâncias mais normais de outros elementos, poderiam ser melhor reproduzidas por uma supernova de alta energia de uma única estrela da População III com 29,5 vezes a massa do Sol

No entanto, os ajustes mais próximos da modelagem ainda não foram capazes de produzir silício suficiente para replicar exatamente a SPLUS J210428-004934. Eles recomendaram procurar estrelas mais antigas com propriedades químicas semelhantes para tentar resolver essa estranha discrepância.

“Estrelas UPM adicionais identificadas pela fotometria S-PLUS irão melhorar muito nossa compreensão das estrelas da População III e permitir a possibilidade de encontrar uma estrela de baixa massa livre de metal que ainda vive em nossa Galáxia hoje”, escreveram os pesquisadores.

O estudo foi publicado no The Astrophysical Journal Letters.