As primeiras estrelas do universo: mistério da Astronomia pode ter sido resolvido pelo James Webb!

Essa semana, o telescópio James Webb pode ter encontrado evidências das primeiras estrelas do Universo. Se isso for comprovado, é a solução para uma mistérioa que persiste por décadas dentro da Astronomia.

Primeiras estrelas foram descobertas pelo JWST
Exemplos de estrelas da população I de estrelas no céu noturno. A população III que é a primeira geração pode ter sido encontrada pelo JWST. Crédito: Tommy Lease

Quando olhamos para o céu noturno, vemos vários pontos no céu cintilando. Esses pontos são estrelas presentes na nossa galáxia, a Via Láctea. A própria Terra orbita uma estrela, o Sol, que foi essencial para a manutenção da vida no nosso planeta. Estrelas são elementos importantes no nosso Universo.

Estrelas produzem elementos químicos através do processo de fusão e até mesmo no processo de sua morte. Toda estrela tem uma porcentagem de metalicidade - em Astronomia, metalicidade é todo elemento que não é hidrogênio ou hélio. Porém, as primeiras estrelas tiveram que nascer de um Universo que só possuía hidrogênio e hélio.

As estrelas que nasceram apenas desses dois elementos são chamadas de estrelas de população III. Até recentemente, nunca havia sido encontrado um exemplo desse tipo de estrela e permanecia como um dos grandes mistérios da Astronomia. Essa semana, o James Webb pode ter encontrado evidências de uma estrela e talvez resolver esse mistério de décadas.

Populações de estrelas

As estrelas nascem após o colapso de nuvens de poeira e gás. É natural que no processo de formação a estrela tenha em sua composição elementos como oxigênio e até ferro. O grau de metalicidade define que tipo de população aquela estrela pertence.

Elementos que possuem número atômico maior do que 2 recebem o nome de metal dentro da Astronomia.

População I

Um exemplar de uma estrela de população I é o próprio Sol. Essa população consiste nas estrelas mais jovens do Universo, elas são recém formadas e possuem de milhões a alguns bilhões de anos.

As estrelas de população I possuem um alto teor de metalicidade. Isso porque elas são formadas de nuvens que já possuem outros elementos além do hidrogênio e hélio. Essa população de estrelas tem estrelas desde alguma fração da massa do Sol até algumas poucas dezenas.

Estrelas que vemos no céu noturno, em geral, são estrelas dessa população.

População II

A população II de estrelas é a segunda geração de estrelas no Universo. Elas são estrelas que não possuem um grau de metalicidade alto porém ainda é possível encontrar outros elementos, além de hidrogênio e hélio, em sua composição.

Boa parte das estrelas de população II são anãs vermelhas hoje em dia, isso porque estrelas mais massivas dessa população já chegaram ao final da vida se tornando anãs brancas, estrelas de nêutrons ou buracos negros estelares.

Estrelas de população II estão presentes no bojo e no halo de galáxias. São estrelas mais velhas e avermelhadas.

População III

Por fim, a primeira população de estrelas recebe o nome População III que parece contraditório. Essa população não possui metais em sua composição e elas são formadas apenas de hidrogênio e hélio.

A população III se iniciou com a formação das primeiras estrelas no Universo, quando o Universo tinha algumas centenas de milhões de anos. Seriam estrelas que poderiam ter de dezenas até centenas de vezes a massa do Sol.

O mistério das estrelas de população III

É esperado que estrelas de população III sejam estrelas gigantes, azuis e bastante luminosas. Isso porque a falta de metal em sua composição possibilitaria que ela atingisse tamanho e luminosidade bastante altos.

Porém, por serem estrelas grandes e luminosas, rapidamente o combustível - causado pela fusão dos elementos em seu interior - acabaria e elas seriam estrelas com vida bastante curta. É esperado que elas vivessem apenas alguns milhões de anos.

Por causa disso, essas estrelas nunca foram observadas no Universo, afinal elas já deixaram de existir há muito tempo. A falta de observação delas deixava uma pergunta em aberto na Astronomia: será que elas realmente existiram?

A descoberta do JWST

Usando dados do telescópio James Webb, um time de Cambridge pode ter encontrado uma das primeiras evidências de estrelas dessa população. Isso aconteceu após observar o espectro de uma região perto de uma das galáxias mais distantes já encontradas, a GN-z11.

Imagem da galáxia retirada do artigo Maiolino et al.
A galáxia GN-z11 e o ambiente estudado no artigo. Cada coluna representa uma linha do espectro observado, a linha está marcada em vermelho. Crédito: Maiolino et al.

A galáxia GN-z11 já existia quando o Universo tinha apenas 400 milhões de anos, época que era esperado a existência de algumas estrelas de população III no halo das galáxias.

O espectro indica a presença de uma linha de hélio que só seria possível na presença de algo que ionize fortemente esse elemento. A ideia é que a região foi ionizada pela presença de estrela da população III com 500 vezes a massa do Sol.

O fim de um mistério?

Ainda é cedo para confirmar se chegamos ao final de uma resposta para a pergunta de décadas. Uma possibilidade que os astronômos levantam é que a região foi ionizada pela atividade de um buraco negro supermassivo e não uma estrela de população III.

O artigo publicado pelo grupo não bate o martelo que finalmente detectamos uma estrela de população III, mas esse é o artigo com a melhor evidência e argumento da possibilidade de termos encontramos essas estrelas.

Esse é o segundo mistério da Astronomia que parece receber uma luz em poucas semanas, ambos graças ao telescópio superpotente, James Webb.