Quando pensamos na formação de todo o Universo, uma das maiores questões diz respeito ao nascimento das primeiras estrelas. Pensa-se que as estrelas começaram a aparecer nos primeiros 100 milhões de anos após o Big Bang, e vimos algumas estrelas realmente antigas; mas os processos que os criaram a partir da sopa primordial do Universo são um grande mistério.
Mas uma nuvem de gás no universo distante acabou de nos dar uma grande pista. É tão longe que a luz dessa nuvem levou quase 13 bilhões de anos para chegar, o que significa que estamos vendo a nuvem como era quando o Universo tinha aproximadamente 850 milhões de anos – um mero toque de sua vida útil atual.
Essa nuvem se parece bastante com as nuvens de gás mais novas, cheias de elementos que foram forjados nas estrelas e lançados no espaço em uma série de explosões quando essas estrelas morreram. Isso indica que haveria estrelas ao redor que já viveram e morreram 13 bilhões de anos atrás.
Também não é apenas uma geração. Com base nas abundâncias químicas dessa antiga nuvem de gás, pelo menos duas gerações de estrelas tiveram que se formar, viver e morrer para produzir a assinatura química que estamos vendo.
É um verdadeiro problema para nossos modelos de formação estelar, e foi descoberto inteiramente por acidente.
O astrônomo Eduardo Bañados, do Instituto Max Planck de Astronomia, e colegas estudavam quasares distantes – galáxias com núcleos ativos extremamente brilhantes ou núcleos. Quando a equipe notou algo estranho na luz de um quasar chamado P183 + 05, a cerca de 13 bilhões de anos-luz de distância, eles decidiram dar uma olhada mais de perto.
Não demorou muito para que eles percebessem que as assinaturas estranhas na luz eram de uma nuvem de gás e poeira perto do quasar, através da qual parte da luz do quasar estava sendo filtrada, amortecendo alguns comprimentos de onda.
Como diferentes comprimentos de onda da luz são bloqueados por diferentes elementos, isso também fornece pistas sobre a composição da nuvem.
“Depois que estávamos convencidos de que estávamos olhando para esse gás primitivo apenas 850 milhões de anos após o Big Bang”, disse o astrônomo Michael Rauch, da Carnegie Institution of Science, “começamos a pensar se esse sistema ainda poderia reter assinaturas químicas produzidas pelo próprio Big Bang”. primeira geração de estrelas “.
No Universo primitivo, não havia muita variedade. Logo após o Big Bang, o Universo estava cheio de hidrogênio e hélio. Não foi até as primeiras estrelas aparecerem que mais elementos começaram a proliferar.
Em seus núcleos, as estrelas fundiam hidrogênio em hélio, depois hélio em carbono, e assim por diante, com as estrelas mais massivas capazes de fundir núcleos até o ferro. Quando essas estrelas chegam ao fim de suas vidas e se tornam supernovas, as condições extremas dessas explosões podem, por sua vez, criar elementos mais pesados.
Eles são incorporados às novas gerações de estrelas – portanto, quanto mais metais houver em uma estrela, mais jovem será sua geração. E essas assinaturas também podem ser usadas para dizer a idade do gás entre as estrelas – o meio interestelar.
O que nos leva de volta àquela nuvem de gás super antiga. Algo que é um santo graal na cosmologia é encontrar as impressões digitais químicas da primeira geração de estrelas, conhecida como População III. A equipe achou que suas nuvens de gás poderiam tê-los.
Assim, eles analisaram a metalicidade e as abundâncias químicas relativas na nuvem, com base em espectros separados da luz do quasar.
Como esperado, a nuvem tinha baixa metalicidade, consistente com a idade. Mas as abundâncias químicas relativas não tinham evidências de serem enriquecidas pelas estrelas da População III. Em vez disso, eram surpreendentemente semelhantes às nuvens de gás muito mais jovens, enriquecidas pelas supernovas do tipo Ia.
O que isso significa é que outra geração de estrelas separa a nuvem das estrelas da População III – e, como as supernovas do Tipo Ia geralmente levam cerca de um bilhão de anos … bem. Temos uma discrepância.
Isso coloca uma curiosa restrição nos ciclos de vida das primeiras estrelas, o que será um quebra-cabeça interessante para resolver. Mas há outras evidências que sugerem que o Universo primitivo é um lugar bastante precoce – como um monte de buracos negros supermassivos que não achamos que poderiam ter se formado tão rapidamente.
Se essa descoberta der certo, talvez seja hora de rever os modelos cosmológicos.
Enquanto isso, a equipe continua procurando pistas.
“É empolgante poder medir a metalicidade e as abundâncias químicas tão cedo na história do Universo, mas se queremos identificar as assinaturas das primeiras estrelas, precisamos sondar ainda mais cedo na história cósmica”, disse Bañados.
“Estou otimista de que encontraremos nuvens de gás ainda mais distantes, o que poderia nos ajudar a entender como as primeiras estrelas nasceram”.
A pesquisa deve ser publicada no The Astrophysical Journal e está disponível no arXiv.
Publicado em 03/11/2019
Artigos originais: e https://arxiv.org/abs/1903.06186
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