Para astrônomos, astrofísicos e cosmologistas, a capacidade de localizar as primeiras estrelas que se formaram em nosso Universo sempre esteve fora do alcance. Por um lado, existem os limites de nossos telescópios e observatórios atuais, que só podem ver até agora.
O objeto mais distante já observado foi MACS 1149-JD, uma galáxia localizada a 13,2 bilhões de anos-luz da Terra que foi localizada na imagem do Hubble eXtreme Deep Field (XDF).
Por outro lado, até cerca de 1 bilhão de anos após o Big Bang, o Universo estava experimentando o que os cosmologistas chamam de “Idade das Trevas”, quando o Universo estava cheio de nuvens de gás que obscureciam a luz visível e infravermelha.
Felizmente, uma equipe de pesquisadores do Centro de Astrofísica Relativística da Georgia Tech recentemente conduziu simulações que mostram como era a formação das primeiras estrelas.
O estudo que descreve suas descobertas, publicado nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society, foi liderado por Gen Chiaki e John Wise – um pesquisador de pós-doutorado e professor associado do CfRA (respectivamente).
Eles se juntaram a pesquisadores da Sapienza Università di Roma, do Observatório Astronômico de Roma, do Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e do Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).
Com base nos ciclos de vida e morte das estrelas, os astrofísicos teorizam que as primeiras estrelas do Universo eram muito pobres em metais. Tendo se formado cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang, essas estrelas se formaram a partir de uma sopa primordial de gás hidrogênio, hélio e vestígios de metais leves.
Esses gases entrariam em colapso para formar estrelas que eram até 1.000 vezes mais massivas que o nosso sol.
Devido ao seu tamanho, essas estrelas tiveram vida curta e provavelmente só existiram por alguns milhões de anos. Naquela época, os novos e mais pesados elementos em seus fornos nucleares, que foram então dispersos assim que as estrelas entraram em colapso e explodiram em supernovas.
Como resultado, a próxima geração de estrelas com elementos mais pesados conteria carbono, o que levaria à designação de estrelas Carbon-Enhanced Metal-Poor (CEMP).
A composição dessas estrelas, que podem ser visíveis aos astrônomos hoje, é o resultado da nucleossíntese (fusão) de elementos mais pesados da primeira geração de estrelas.
Ao estudar o mecanismo por trás da formação dessas estrelas pobres em metais, os cientistas podem inferir o que estava acontecendo durante a ‘Idade das Trevas’ cósmica, quando as primeiras estrelas se formaram. Como Wise disse em um comunicado à imprensa do Texas Advanced Computer Center (TACC):
“Não podemos ver as primeiras gerações de estrelas. Portanto, é importante realmente olhar para esses fósseis vivos do universo primordial, porque eles têm as impressões digitais das primeiras estrelas sobre eles através dos produtos químicos que foram produzidos na supernova das primeiras estrelas. ”
“É aí que nossas simulações entram em jogo para ver isso acontecendo. Depois de executar a simulação, você pode assistir a um pequeno filme para ver de onde vêm os metais e como as primeiras estrelas e suas supernovas realmente afetam esses fósseis que vivem até o Nos Dias de Hoje.”
Para o bem de suas simulações, a equipe confiou predominantemente no cluster Georgia Tech PACE. Tempo adicional foi alocado pelo Extreme Science and Engineering Discovery Environment (NSF) da National Science Foundation (NSF), o supercomputador Stampede2 na TACC e o sistema Frontera financiado pela NSF (o supercomputador acadêmico mais rápido do mundo) e o cluster Comet no San Diego Supercomputer Center (SDSC).
Com a enorme quantidade de poder de processamento e armazenamento de dados fornecidos por esses aglomerados, a equipe foi capaz de modelar a supernova tênue das primeiras estrelas do Universo.
O que isso revelou foi que as estrelas pobres em metal que se formaram após as primeiras estrelas no Universo tornaram-se realçadas por carbono por meio da mistura e do fallback de bits ejetados das primeiras supernovas.
Suas simulações também mostraram que as nuvens de gás produzidas pelas primeiras supernovas estavam semeando grãos carbonáceos, levando à formação de estrelas ‘giga-metal-pobres’ de baixa massa que provavelmente ainda existem hoje (e podem ser estudadas em pesquisas futuras). Disse Chiaki sobre essas estrelas:
“Descobrimos que essas estrelas têm um teor de ferro muito baixo em comparação com as estrelas realçadas por carbono observadas com bilionésimos da abundância solar de ferro. No entanto, podemos ver a fragmentação das nuvens de gás. Isso indica que as estrelas de baixa massa se formam em um regime de baixa abundância de ferro. Essas estrelas nunca foram observadas ainda. Nosso estudo nos dá uma visão teórica da formação das primeiras estrelas. ”
Essas investigações fazem parte de um campo crescente conhecido como “arqueologia galáctica”.
Assim como os arqueólogos contam com restos fossilizados e artefatos para aprender mais sobre sociedades que desapareceram há séculos ou milênios, os astrônomos procuram estrelas antigas para estudar a fim de aprender mais sobre aquelas que já morreram há muito tempo.
De acordo com Chiaki, o próximo passo é ramificar além das características de carbono de estrelas antigas e incorporar outros elementos mais pesados em simulações maiores. Ao fazer isso, os arqueólogos galácticos esperam aprender mais sobre as origens e distribuição da vida em nosso Universo. Disse Chiaki:
“O objetivo deste estudo é conhecer a origem de elementos, como carbono, oxigênio e cálcio. Esses elementos se concentram por meio dos ciclos repetitivos de matéria entre o meio interestelar e as estrelas. Nossos corpos e nosso planeta são feitos de carbono e oxigênio. , nitrogênio e cálcio. Nosso estudo é muito importante para ajudar a entender a origem desses elementos de que somos feitos.”
Publicado em 09/11/2020 14h37
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