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Telescópio James Webb acaba de detectar carbono

Traduzido e adaptado por Mateus Lynniker de ScienceAlert

Na época em que o Universo ainda era apenas um pequeno universo bebê, não havia muita coisa acontecendo quimicamente. Havia hidrogênio, com um pouco de hélio e alguns vestígios de outras coisas. Os elementos mais pesados ​​não chegaram até que as estrelas se formassem, vivessem e morressem.

Imagine, portanto, a consternação dos cientistas quando, usando o Telescópio Espacial James Webb para observar os confins distantes do Universo, descobriram quantidades significativas de poeira de carbono, menos de um bilhão de anos após o Big Bang.

A descoberta sugere que havia algum meio de aumentar a produção de carbono no tumultuado início do Universo – provavelmente devido à morte de estrelas massivas, expelindo-o para o espaço à medida que morriam.

“Nossa detecção de poeira carbonácea no redshift 4-7 fornece restrições cruciais nos modelos e cenários de produção de poeira no início do Universo”, escreve uma equipe liderada pelo cosmólogo Joris Witstok, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

O primeiro bilhão de anos da vida do Universo, conhecido como Amanhecer Cósmico, após o Big Bang 13,8 bilhões de anos atrás, foi um período crítico. Os primeiros átomos se formaram; as primeiras estrelas; a primeira luz floresceu na escuridão. Mas foram necessárias as próprias estrelas para forjar quantidades significativas de elementos mais pesados ​​que o hidrogênio e o hélio.

Nas fornalhas nucleares quentes e densas de seus núcleos, as estrelas colidem átomos, fundindo-os em elementos mais pesados ​​em um processo chamado nucleossíntese estelar. Mas esses elementos mais pesados ​​apenas se acumulam na estrela até que ela fique sem material de fusão e morra, expelindo seu conteúdo no espaço ao seu redor. É um processo que costuma levar algum tempo.

Witstok e seus colegas usaram o JWST para estudar a poeira durante o Amanhecer Cósmico e avistaram algo estranho. Eles encontraram uma característica inesperadamente forte no espectro associada à absorção de luz de poeira rica em carbono, em galáxias tão cedo quanto 800 milhões de anos após o Big Bang.

O problema é que acredita-se que esses grãos de poeira levem algumas centenas de milhões de anos para se formar, e as características das galáxias sugerem que elas são muito jovens para essa escala de tempo de formação. Mas não é um problema impossível de resolver.

A Nebulosa do Caranguejo, o remanescente em expansão de uma supernova observada no ano 1.054 EC. (NASA, ESA e Allison Loll/Jeff Hester/Arizona State University, Davide De Martin/ESA/Hubble)
A Nebulosa do Caranguejo (NASA, ESA e Allison Loll/Jeff Hester/Arizona State University, Davide De Martin/ESA/Hubble)

Acreditava-se que as primeiras estrelas do Universo eram muito mais massivas do que as estrelas mais jovens que vemos ao nosso redor hoje. Como estrelas mais massivas queimam suas reservas de combustível mais rapidamente, elas teriam vivido vidas relativamente curtas, explodindo em supernovas que poderiam ter espalhado material mais pesado relativamente cedo.

Também existem estrelas que existem hoje que são fábricas de poeira absoluta. Elas são chamadas de estrelas Wolf-Rayet, estrelas massivas que chegaram ao fim de sua vida, à beira da supernova. Eles não têm muito hidrogênio sobrando, mas têm muito nitrogênio ou carbono, e estão no processo de ejetar massa a uma taxa muito alta. Esse material ejetado também é rico em carbono.

A descoberta de grandes quantidades de carbono em múltiplas galáxias durante o amanhecer cósmico pode ser uma evidência de que esses processos não estavam apenas ocorrendo, mas eram mais comuns durante o início do Universo do que no espaço-tempo mais recente.

Por sua vez, isso sugere que estrelas enormes eram a norma para a primeira geração, ajudando a explicar por que não vemos nenhuma delas ainda circulando pelo Universo hoje.