Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert
Nuvens de gás à deriva no Universo primitivo deram aos astrônomos um vislumbre do que resta das primeiras estrelas que já nasceram.
Não as próprias estrelas; elas se foram há muito tempo, quando queimaram de forma intensa e rápida antes de explodir gloriosamente em uma supernova muito distante para nossos instrumentos detectarem. No entanto, o material que elas deixam para trás nessas explosões revela os produtos da fusão atômica que ocorreu em seus núcleos.
“Pela primeira vez”, disse o astrônomo Andrea Saccardi, do Observatório de Paris, “fomos capazes de identificar os vestígios químicos das explosões das primeiras estrelas em nuvens de gás muito distantes”.
De acordo com nossa cosmologia atualmente aceita, houve um tempo na história do Universo em que tudo era escuro e sombrio. O Universo – muito menor naquela época, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás – estava cheio de uma névoa quente e escura de gás ionizado que impedia a luz de viajar pelo Universo. Qualquer fóton teria simplesmente espalhado elétrons livres.
Uma vez que o Universo esfriou o suficiente, os prótons e elétrons se recombinaram em hélio neutro e hidrogênio. Foi somente depois que as primeiras estrelas e galáxias nasceram, com sua radiação ultravioleta reionizando o hidrogênio neutro, que a luz pôde fluir livremente por todo o espectro eletromagnético.
Achamos que essas primeiras estrelas surgiram entre 13,7 e 13,5 bilhões de anos atrás, mas nunca vimos uma. Nós as chamamos de estrelas da População III, e elas provavelmente eram muito diferentes das estrelas que vemos ao nosso redor hoje.
Elas poderiam ter sido massivas, o que significa que teriam queimado rapidamente, terminando em explosões de supernovas que expeliram seu conteúdo no espaço, para serem absorvidos na próxima geração de formação estelar.
Mas a produção de elementos pesados requer estrelas. As estrelas da População III eram compostas principalmente de hidrogênio e hélio porque era tudo o que havia no Universo quando nasceram (além de vestígios mínimos de lítio, o terceiro elemento mais leve).
Mas as fábricas nucleares em seus núcleos fundiram os átomos desses elementos para criar outros mais pesados, como carbono, oxigênio e magnésio; esses elementos então se espalharam pelo espaço quando a estrela explodiu.
Como as estrelas se foram há muito tempo, não podemos estudá-las diretamente atualmente, embora os astrônomos tenham esperança de que possamos um dia. No entanto, isso não significa que todos os vestígios delas tenham desaparecido.
“As estrelas primordiais podem ser estudadas indiretamente, detectando os elementos químicos que dispersaram em seu ambiente após a morte”, disse a astrofísica e cosmóloga Stefania Salvadori, da Universidade de Florença, na Itália.
Para procurar as entranhas das estrelas primordiais, Saccardi e seus colegas usaram o instrumento X-Shooter no Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul para analisar a luz de galáxias distantes e muito brilhantes, conhecidas como quasares.
À medida que essa luz se move pelo espaço, às vezes ela viaja através de nuvens de material. Isso pode mudar um pouco a luz, tornando algumas partes do espectro mais brilhantes ou mais escuras à medida que os comprimentos de onda são absorvidos e reemitidos por elementos nas nuvens.
Os cientistas podem estudar cuidadosamente essas assinaturas em um espectro e vinculá-las a elementos específicos. Os pesquisadores coletaram observações de 54 dessas nuvens de material e procuraram vestígios dos elementos que provavelmente seriam espalhados pelo espaço por estrelas da População III, em combinação com um baixo nível de elementos mais pesados, como o ferro.
Eles encontraram a assinatura que procuravam em três nuvens, datando entre os primeiros 1 e 2 bilhões de anos após o Big Bang.
Essas três nuvens tinham uma alta abundância de carbono e oxigênio, com proporções de magnésio e silício para ferro que estavam em excelente acordo com estrelas próximas antigas com muito pouco conteúdo de elementos pesados.
Além disso, as abundâncias de magnésio e silício são consistentes com as supernovas de baixa energia esperadas das estrelas primordiais.
Os resultados sugerem que, embora ainda não tenhamos visto estrelas da População III na natureza, é possível encontrar seus remanescentes. E, com ferramentas poderosas o suficiente, podemos sondar esses vestígios para aprender mais sobre a evolução da matéria no Universo, à medida que as estrelas mudam as abundâncias elementares das coisas ao nosso redor ao longo do tempo.
“Nossa descoberta abre novos caminhos para estudar indiretamente a natureza das primeiras estrelas, complementando totalmente os estudos de estrelas em nossa galáxia”, disse Salvadori.
A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal.
