Novo artigo diz que James Webb encontrou estrelas feitas de matéria escura!

Um dos maiores avanços tecnológicos dos últimos anos foi o telescópio espacial James Webb (JWST). Ele é um dos maiores feitos da Engenharia e da Tecnologia, o que permitiu que o telescópio conseguisse observar detalhes de quando o Universo ainda era jovem. Isso porque ele é equipado com instrumentos capazes de observar no infravermelho e em detalhes, como a câmera NIRCam e o espectrógrafo NIRSpec.

Desde seu lançamento em 2021, o JWST já conseguiu observar em detalhes fenômenos e objetos além de ter encontrado algumas respostas importantes. Uma dessas respostas é sobre o processo de formação galáctica das primeiras galáxias e a existência de buracos negros supermassivos no Universo jovem. Hoje, os pesquisadores usam os dados do JWST para responder como essas galáxias e buracos negros já eram tão grandes naquela época.

Uma das possíveis respostas são as estrelas escuras que seriam estrelas primordiais hipotéticas compostas de hidrogênio e hélio, mas alimentadas pela energia da matéria escura. Um novo estudo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) usou dados do JWST para identificar candidatos a essas estrelas escuras. Os pesquisadores analisaram espectros de 4 objetos e detectaram assinaturas que podem indicar a presença de estrelas alimentadas por matéria escura.

Estrelas escuras

As estrelas escuras supermassivas são objetos hipotéticos que teriam existido nos primeiros centenas de milhões de anos após o Big Bang. Elas seriam formadas principalmente por hidrogênio e hélio, mas não eram alimentadas por fusão nuclear diferente de estrelas tradicionais. Em vez disso, a matéria escura forneceria energia suficiente para manter essas estrelas e sustentá-las contra o colapso gravitacional.

Esses astros eram gigantescos e difusos, com uma estrutura mais "inchada" devido à pressão da energia liberada pela matéria escura. A vida de uma estrela escura seria instável, segundo modelos, isso porque a energia da matéria escura eventualmente se esgotava. Quando isso acontecia, as estrelas poderiam colapsar e formar sementes de buracos negros.

WIMPs

Até hoje, não sabemos a natureza exata da matéria escura que compõe cerca de 25% do Universo. Uma das hipóteses seria que a matéria escura é composta por WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). As WIMPs seriam partículas que interagem muito pouco com a matéria comum e a luz, tornando sua detecção direta extremamente difícil. Apesar disso, sua presença pode ser inferida por efeitos gravitacionais em galáxias e aglomerados.

Alguns modelos sugerem que WIMPs podem se autoaniquilar ao colidir entre si, liberando energia no processo. Essa energia liberada pelos WIMPs poderia alimentar essas estrelas escuras supermassivas. Ao se acumular no núcleo dessas estrelas, a autoaniquilação das partículas de matéria escura forneceria energia para sustentar a estrela contra o colapso gravitacional. Assim, os WIMPs poderiam ser uma fonte de energia não nuclear que mantém essas estrelas primordiais brilhantes e inchadas.

Dados do JWST

Em um artigo publicado na PNAS, um grupo de astrônomos usou dados do instrumento NIRSpec do JWST para identificar quatro candidatos a estrelas escuras supermassivas. Um deles seria, inclusive, um dos objetos mais distantes já observados, estando apenas a 300 milhões de anos após o Big Bang. Com esses dados, os astrônomos conseguiram identificar, pela primeira vez, esses objetos de forma espectroscópica.

Entre os quatro candidatos, os pesquisadores identificaram um sinal no espectro localizado no comprimento de onda de 1640 angstrons. Esse sinal seria um pico de absorção no espectro de um desses objetos. Esse comprimento de onda é consistente com previsões teóricas para estrelas escuras. Caso confirmado, essa seria a primeira evidência de uma estrela desse tipo, mas outras observações ainda serão realizadas com mais detalhes.

Explicando até buracos negros supermassivos

Curiosamente, as estrelas escuras supermassivas podem ajudar a explicar uma das perguntas que o JWST encontrou quando observou o Universo jovem. Nos primeiros dados observacionais, astrônomos perceberam que o JWST detectou a presença de buracos negros supermassivos no Universo muito jovem. O esperado era que buracos negros pequenos e jovens existissem e, logo, isso se tornou um dos grandes mistérios da Astronomia.

As estrelas escuras teriam um tempo de vida curta e seriam grandes o suficiente para que, quando entrassem em colapso, elas formassem buracos negros massivos em um curto período de tempo. Esses buracos negros poderiam ser a semente para os buracos negros supermassivos que são observados pelo JWST. Com isso, poderia explicar porquê o Universo tão jovem já abrigavam buracos negros supermassivos.

Referência da notícia

Ilie et al. 2025 Spectroscopic Supermassive Dark Star candidates Proceedings of the National Academy of Sciences