Quando as primeiras estrelas morreram? Observação de uma supernova no início do Universo

As primeiras supernovas do Universo estão associadas às estrelas de População III que foram as primeiras estrelas. Elas eram formadas quase exclusivamente por hidrogênio e hélio e eram muito mais massivas do que as estrelas atuais. Essas estrelas possuíam vidas curtas, da ordem de poucos milhões de anos, que terminavam em supernovas. Nenhuma estrela de População III foi observada diretamente até hoje, mesmo sendo um dos objetos mais importantes para entender como elementos se formaram.

Um dos motivos para falta de observação de estrelas de população III é justamente sua vida curta e elas terem existido em uma época distante do Universo. Uma das principais missões do telescópio espacial James Webb (JWST) é investigar o Universo primitivo e buscar assinaturas diretas ou indiretas dessas primeiras estrelas. O JWST foi projetado para observar no infravermelho, permitindo detectar objetos formados nas primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang.

Observações recentes do JWST identificaram uma supernova ocorrendo quando o Universo tinha menos de 1 bilhão de anos. Essas observações aconteceram em uma época onde é compatível com a época que as primeiras estrelas entraram em supernova. Astrônomos analisaram as propriedades da luz observada e encontraram evidências que nos ajudará a buscar mais supernovas desse tipo. Essa detecção representa uma das evidências mais diretas até o momento da morte das primeiras estrelas.

Estrelas de população III

As estrelas de População III formaram-se a partir de gás primordial que era composto de hidrogênio e hélio. Elementos mais pesados foram formados durante a vida dessas estrelas da população III. No entanto, a ausência de elementos pesados na formação dessas estrelas acabava limitando os mecanismos de resfriamento do gás e causava o colapso de nuvens massivas e a formação de estrelas com massas entre dezenas e centenas de massas solares.

As estrelas de População III tinham vidas extremamente curtas porque queimavam combustível muito rapidamente. Com isso, elas viviam apenas poucos milhões de anos, e morriam dependendo da massa inicial. Elas poderiam acabar em supernovas de colapso do núcleo, supernovas hiperluminosas ou supernovas de instabilidade de pares. Esses eventos injetaram elementos mais pesados no meio interestelar que iriam contribuir para formação de estrelas com metais e com vidas maiores.

Supernova distante

Recentemente, o telescópio James Webb conseguiu observar uma dessas supernovas acontecendo quando o Universo tinha cerca de 730 milhões de anos. A supernova é associada a uma emissão de raios gamma chamada de GRB 250314A. O GRB foi detectado em 14 de março de 2025 que já indicava o colapso de uma estrela massiva. Outras observações confirmaram a distância do evento, tornando-o uma das explosões estelares mais antigas já associadas diretamente a um GRB.

A confirmação da supernova veio a partir de observações direcionadas com o JWST cerca de 110 dias após o pico. O telescópio conseguiu isolar a emissão da supernova da luz da galáxia hospedeira e caracterizou a evolução do brilho da explosão. O resultado foi publicado recentemente na revista Astronomy & Astrophysics e é uma evidência direta de que estrelas massivas no início do Universo.

Descobertas

As observações da mostram que suas propriedades são semelhantes às de supernovas que acontecem no Universo local. Essa similaridade indica que os mecanismos físicos do colapso de estrelas massivas já estavam estabelecidos menos de 1 bilhão de anos após o Big Bang. Além disso, os dados ajudam a descartar cenários de explosões energéticas como supernovas superluminosas. A supernova ajuda a fornecer critérios observacionais para identificar eventos semelhantes em altos redshifts.

Esses resultados sugerem que a busca por supernovas no Universo primitivo pode ser guiada por assinaturas parecidas com às de supernovas locais. Isso contraria a expectativa de explosões diferentes devido à baixa metalicidade e facilita a observação porque mostra que curvas de luz conhecidas permanecem válidas em épocas cósmicas iniciais. Ao mesmo tempo, a observação levanta outras questões como o motivo de estrelas tão distintas produzirem explosões tão semelhantes às observadas no Universo atual.

Missão do James Webb

Uma das principais missões científicas do JWST é conseguir observar as estrelas de População III. Embora essas estrelas individuais sejam difíceis de observar devido à sua curta vida e extrema distância, o JWST observa suas assinaturas observacionais de forma indireta. Alguns exemplos são as observações de supernova que permitem estudar os espectros e encontrar os elementos presentes. Com isso, é possível testar modelos de formação estelar primordial e compreender como as primeiras fontes de luz evoluíram.

No próximo ano terá início a segunda fase de observações científicas do James Webb, que expandirá ainda mais as observações e terá levantamentos mais profundos e áreas maiores do céu. Essa nova etapa explorará com mais detalhe o período em que as primeiras estrelas e galáxias se formaram. Com a nova etapa, o JWST avança de uma fase exploratória para uma etapa mais estatística.

Referência da notícia

Levan et al. 2025 JWST reveals a supernova following a gamma-ray burst at z ~ 7.3 Astronomy & Astrophysics