Traduzido e adaptado por Mateus Lynniker de ScienceNews
O Telescópio Espacial James Webb detectou objetos no início do universo que podem ser um novo tipo de estrela – uma alimentada por matéria escura.
Essas “estrelas negras” ainda são hipotéticas. Sua identificação nas imagens JWST está longe de ser certa. Mas se qualquer um dos três candidatos – relatado no Proceedings of the National Academy of Sciences de 25 de julho – se tornar esse novo tipo de estrela, eles poderiam oferecer um vislumbre da formação estelar no início do universo, sugerir a natureza da matéria escura e possivelmente explicar as origens dos buracos negros supermassivos.
Proposta pela primeira vez em 2007 pela cosmóloga Katherine Freese e colegas, as estrelas escuras podem ter sido alguns dos primeiros tipos de estrelas a se formar no universo. Embora as estrelas escuras ainda não tenham sido observadas, acredita-se que elas sejam alimentadas pelo calor das interações da matéria escura, e não por reações de fusão nuclear, como no sol.
Estrelas escuras “teriam uma aparência muito estranha”, diz Freese, da Universidade do Texas em Austin. As estrelas hipotéticas teriam se formado a partir de nuvens de hidrogênio e hélio que atraíram matéria escura localmente abundante à medida que se fundiam. Embora a verdadeira natureza da matéria escura não seja conhecida – sua presença é inferida em grande parte por meio de seu efeito sobre como as estrelas se movem dentro das galáxias – é possível que as partículas de matéria escura possam interagir entre si, aniquilando-se quando colidem e produzindo grandes quantidades de luz e calor. Esse calor evitaria que a nuvem de hidrogênio e hélio se condensasse em um núcleo denso e quente como as estrelas que existem hoje.
Como o calor da aniquilação da matéria escura impediria a condensação da nuvem de gás, as estrelas escuras poderiam atingir um tamanho gigantesco. Teoricamente, as estrelas escuras podem ser 10 vezes mais largas que a órbita da Terra ao redor do sol. Eles também podem ter milhões de vezes a massa do sol e brilhar bilhões de vezes mais – brilhantes o suficiente, potencialmente, para serem detectados pelo James Webb.
Para ver se alguma estrela escura está à espreita nos dados do observatório em órbita, Freese e seus colegas analisaram imagens de uma pesquisa do James Webb de galáxias primitivas. Em tais imagens, descobriu até agora mais de 700 objetos que podem ter se originado nas primeiras centenas de milhões de anos do universo – a época em que as estrelas escuras teriam surgido. A luz desses objetos remotos é esticada, ou desviada para o vermelho, à medida que o universo se expande. Então, Freese e seus colegas se concentraram em quatro objetos já confirmados como altamente desviados para o vermelho, tornando-os alguns dos objetos mais antigos vistos até hoje.
Atualmente, acredita-se que esses objetos sejam pequenas galáxias da relativa infância do universo. Mas por estarem tão distantes, o telescópio James Webb não consegue resolvê-los bem o suficiente para determinar se são realmente galáxias ou estrelas grandes e ultrabrilhantes, dizem os pesquisadores.
A equipe executou simulações de computador de luz uma hipotética estrela escura pode produzir em vários comprimentos de onda. Eles compararam esses espectros com a luz de imagens coletadas pelo telescópio em diferentes comprimentos de onda para cada um dos quatro objetos. Os dados de três desses objetos são consistentes com os padrões simulados de estrelas escuras, relatam Freese e seus colegas.
Alguns cientistas são céticos. Tipos conhecidos de estrelas também podem criar a luz observada dos três candidatos, diz Sandro Tacchella, astrofísico da Universidade de Cambridge. E identificar qualquer um dos objetos como uma estrela escura exigiria que os padrões simulados se ajustassem bem a espectros mais detalhados, diz Brant Robertson, astrofísico teórico da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz.
Se estrelas escuras fossem encontradas, porém, “isso seria revolucionário”, diz o coautor do estudo Cosmin Ilie, astrofísico da Colgate University em Hamilton, NY.
A detecção de estrelas escuras confirmaria a existência de uma partícula de matéria escura e sugeriria como ela funciona. “Apenas ter a informação de que matéria escura é algo que poderia aniquilar seria muito, muito poderoso”, diz Tracy Slatyer, um físico teórico do MIT que não esteve envolvido no estudo. Esse conhecimento pode ajudar os cientistas a procurar matéria escura em outras partes do universo, diz ela.
Estrelas escuras também podem ajudar a explicar a formação de buracos negros supermassivos. Uma vez que a matéria escura dentro da estrela se aniquilasse, o hidrogênio e o hélio restantes – milhões de vezes a massa do sol em um espaço relativamente compacto – entrariam em colapso e formariam um buraco negro. Esses buracos negros podem se fundir ao longo do tempo em buracos negros como os dos centros da maioria das galáxias, milhões ou bilhões de vezes a massa do sol.
Experimentos futuros, como procurar luz mais brilhante ou mais fraca em certos comprimentos de onda, podem ajudar a confirmar se algum dos três objetos são estrelas escuras. Freese também espera encontrar mais candidatos a estrelas negras em dados futuros do James Webb, diz ela. Mas, por enquanto, se as estrelas escuras realmente existem permanece um mistério.
