O telescópio James-Webb detectou uma pista perturbadora na borda do Universo… talvez a das primeiras estrelas

É uma viagem vertiginosa no tempo que o Telescópio Espacial James-Webb (JWST) nos oferece hoje. São necessários mais de 13 mil milhões de anos de história para nos imergirmos no coração da friamente chamada GN-z11, uma das galáxias mais brilhantes do Universo primordial. Porque é aí que astrônomos avistou um sinal incomum, há dois anos. E graças à precisão sem precedentes do instrumento de espectroscopia no infravermelho próximo a bordo do JWST, o NIRSpec-IFU, eles acabaram de entender de onde veio: possivelmente de um agrupamento das primeiras estrelas do nosso Universo.

Para partilhar o entusiasmo dos astrónomos, devemos lembrar que até agora só tinham conseguido visualizar as primeiras estrelas do Universo através de modelos teóricos. Eles não tinham observações a fazer. Assim, finalmente descobrir esta primeira geração de estrelas tornou-se um dos objetivos mais importantes da astrofísica moderna.

Nesta imagem obtida pelo instrumento NIRCam (câmera infravermelha próxima) do telescópio espacial James Webb, no canto inferior direito, uma ampliação destaca a galáxia GN-z11, observada apenas 430 milhões de anos após o Big Bang. © Nasa, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidade do Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

Cerca de 430 milhões de anos após o Big Bang

O nosso Universo tinha pouco mais de 430 milhões de anos quando a galáxia GN-z11 já brilhava. Este é o Telescópio espacial Hubble que o revelou em 2016.

Mas tivemos que esperar mais quase 10 anos para que o JWST revelasse alguns de seus segredos. UM buraco negro supermassivo central que absorve rapidamente matériaPor exemplo. Ainda mais intrigante, uma pilha de gás que parecia consistir em nada mais do quehélio. Exatamente o tipo de gás que os modelos dos astrónomos vêem colapsar para formar o que chamam de estrelas estelares. população III.

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Estas estrelas são as primeiras a brilhar no nosso Universo. Numa época em que não havia outros elementos alémhidrogênio e hélio. Itens mais pesados, como carbonoeu’oxigênio ou o ferrona verdade, são formados precisamente… no coração das estrelas. Não há mistério, então, sobre a questão de qual das estrelas ou elementos pesados ​​chegou primeiro!

Voltemos às nossas estrelas da População III. Os astrónomos imaginam-nos extremamente massivos e quentes.

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Provavelmente esgotará seus combustível em apenas alguns milhões de anos. Um nada, na escala de tempo cosmológica. Formado, portanto, a partir nuvens de hidrogênio e hélio quase puros, eles teriam explodido rapidamente em supernova espetacular e espalhado portanto, elementos mais pesados ​​que encontramos na próxima geração de estrelas.

Emissões de hélio registadas pelo Telescópio Espacial James Webb na região que rodeia a GN-z11, uma das galáxias mais brilhantes do Universo primordial. ©Roberto Maiolino et al.

Hélio… e hidrogênio

Colocar as mãos em uma nuvem de gás hélio quase puro não foi suficiente para confirmar que as estrelas realmente haviam acendido ali. Para aprofundar um pouco mais a questão, uma equipe internacional apontou o NIRSpec-IFU de Telescópio Espacial James Webb nesta galáxia distante, GN-z11. Os pesquisadores, liderados por Roberto Maiolino (Universidade de Cambridge, Reino Unido), detectaram uma tênue linha deemissão vindo de um objeto – que eles chamaram de Hebe – localizado a menos de 10.000 anos-luz de lá. Uma linha que corresponde, explicam, no seu estudo, à assinatura do hélio duplamente ionizado.

Então aqui estão nossos astrônomos com um espectro que não mostra nenhum vestígio de metais – entendamos, elementos pesados ​​- e que dá origem, por outro lado, a um hélio duplamente ionizado que só pode existir num ambiente onde a radiação é de um energia extraordinário. O suficiente para tornar as estrelas da população III a fonte mais plausível da linha observada.

A probabilidade aumenta ainda mais com os resultados reportados por uma equipa europeia liderada por astrofísicos pela Universidade de Florença (Itália), desta vez. Ainda utilizando o instrumento de espectroscopia no infravermelho próximo a bordo do JWST, os investigadores detectaram uma linha de emissão de hidrogénio vinda de Hebe. E ainda nenhum elemento pesado na área.

Estrelas na origem de tudo

Observe que estas observações não constituem prova direta da existência de estrelas de população III, mas representam o índice “mais convincente” obtidos até o momento. Sem dúvida, um passo decisivo para a tão esperada confirmação da observação da primeira geração de estrelas. Segundo os pesquisadores, “nada mais pode explicar esses resultados”nem mesmo a introdução noequação de um buraco negro primordial, por exemplo.

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O entusiasmo dos astrónomos é palpável. Porque a formação das primeiras estrelas e galáxias marca um ponto de viragem fundamental na história cósmica, durante o qual o Universo evoluiu de um estado escuro e relativamente simples para o ambiente altamente estruturado e complexo que observamos hoje. Em outras palavras, as estrelas da população III poderiam ter desempenhado um papel dearquiteto de tudo o que conhecemos hoje, do nosso Via Láctea aos elementos que compõem o nosso corpo.

Enquanto aguardam que a descoberta seja confirmada por outras observações, os astrónomos já propõem uma estimativa da massa o que as estrelas de População III que eles acham que descobriram teriam: entre 10 e 100 vezes mais pesadas que a nossa Sol. O que concórdia completamente com as previsões do modelo. Mais uma caixa marcada…