Cientistas identificaram até agora a evidência observacional mais forte da existência das primeiras estrelas do Universo, ao detetarem no cosmos primordial uma fonte compacta a emitir radiação extrema de hélio.
Este resultado transforma uma população estelar há muito prevista pela teoria num alvo mensurável e começa a delinear como poderiam ser essas primeiras estrelas.
O sinal volta a aparecer
Na região do halo exterior de uma galáxia jovem e distante, um objeto compacto chamado Hebe - um pequeno sistema companheiro situado a cerca de 10.000 anos-luz da galáxia GN-z11 - gerou um sinal de hélio invulgarmente intenso, que se destaca face a todas as fontes estelares conhecidas.
Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge, confirmou essa emissão e demonstrou que ela não podia ser atribuída a processos astrofísicos mais comuns.
Observações posteriores associaram o sinal a uma segunda assinatura de hidrogénio correspondente no mesmo local, ancorando a origem do fenómeno de forma segura no Universo primordial.
Com as duas assinaturas alinhadas e sem uma explicação alternativa que se ajuste aos dados, o resultado mantém-se como a evidência direta mais clara até ao momento e exige uma análise mais aprofundada da física subjacente.
Porque é que o hélio é decisivo
Ao contrário das estrelas formadas mais tarde, as estrelas de População III - as primeiras, nascidas de gás quase puro - deverão emitir luz extraordinariamente energética.
Essa radiação consegue retirar dois eletrões ao hélio, formando hélio ionizado com os eletrões internos removidos.
Estrelas modernas, ricas em metais, raramente produzem um sinal tão forte, sobretudo quando não aparecem linhas de metais - impressões digitais espectrais de elementos mais pesados.
O conjunto destes indícios conduziu ambos os trabalhos para a mesma interpretação e enfraqueceu hipóteses mais familiares, como a de estrelas jovens comuns.
Um sinal mais nítido em Hebe
Os novos espectros fizeram mais do que repetir a deteção inicial: dividiram a emissão de hélio de Hebe em duas componentes vizinhas.
Uma dessas componentes também coincidiu com a linha de hidrogénio, indicando que a fonte era real e não um artefacto do instrumento.
Cada componente mostrou-se compacta e, em conjunto, situavam-se dentro de aproximadamente 1.300 anos-luz, o que aponta para um sistema jovem e muito concentrado.
Essa divisão sugeriu que Hebe poderá albergar dois enxames estelares próximos, em fases ligeiramente diferentes, em vez de uma única nuvem homogénea.
Modelação das massas estelares
Um segundo artigo, focado em modelação, usou o equilíbrio entre hélio e hidrogénio de Hebe para inferir que tipo de estrelas alimenta a fonte.
A partir das intensidades medidas do hélio e do hidrogénio, a análise complementar favoreceu uma população estelar com maior peso relativo de estrelas muito massivas.
Os autores também situaram a massa estelar total da fonte algures entre cerca de 20.000 e 600.000 massas solares.
Embora a incerteza permaneça, esse intervalo aponta para um objeto construído a partir de estrelas primordiais invulgarmente massivas.
Explicações rivais não chegam
Outras hipóteses continuaram em cima da mesa, mas todas esbarraram no mesmo obstáculo persistente: a química de Hebe.
Estrelas Wolf-Rayet conseguem produzir linhas de hélio; porém, mesmo exemplos muito pobres em metais e próximos tendem a revelar também azoto ou carbono.
Cenários com pequenos buracos negros igualmente tiveram dificuldade em reproduzir o sinal de hélio excecionalmente forte e a sua discrepância em relação ao perfil do hidrogénio.
“As estrelas de População III são a explicação mais plausível para a emissão de He II observada”, escreveu Maiolino, mantendo as estrelas primordiais como a explicação dominante.
Uma fonte quimicamente “em branco”
Do ponto de vista químico, Hebe pareceu despojada - exatamente o que os astrónomos antecipavam se ali quase não tivessem sido formados elementos pesados.
No interior das estrelas, os elementos mais pesados do que o hélio surgem apenas após a fusão nuclear e depois de explosões estelares semearem o gás envolvente.
Como nenhuma das equipas observou essas assinaturas, Hebe não se assemelhou a gerações posteriores já enriquecidas por eventos anteriores.
A ausência não prova uma pureza absoluta, mas limita de forma acentuada quanto formação estelar prévia poderá ter ocorrido naquele local.
Porque a localização importa
Hebe não apareceu isolada: encontra-se próxima de GN-z11, uma das galáxias mais brilhantes conhecidas dessa época.
Ambientes desse tipo poderão atrair gás fresco de hidrogénio e hélio e comprimi-lo até que estrelas massivas se acendam.
Alguns modelos já previam que regiões jovens e densas como esta poderiam ocultar as primeiras estrelas durante mais tempo do que zonas de espaço mais vazias.
Se essa ideia se confirmar, poderá ser necessário procurar em torno de galáxias precoces brilhantes, em vez de se focar apenas em sistemas ténues e isolados.
O que continua em aberto
Persistem várias questões, porque os sinais de hélio e hidrogénio podem variar com poeira, densidade do gás e idade dos enxames.
Uma pequena quantidade de poeira pode atenuar o hélio ultravioleta de modo diferente do hidrogénio visível, enviesando a estimativa de massa.
Gás muito denso também pode reforçar a linha de hélio sem exigir exatamente a mesma mistura estelar.
Estas ressalvas significam que Hebe é uma pista extremamente forte, mas ainda não é a resposta definitiva sobre as primeiras estrelas.
Um novo mapa de pesquisa
Pela primeira vez, os astrónomos conseguem usar luz direta de um sistema candidato para testar teorias sobre as massas das primeiras estrelas.
Ao combinar o brilho de Hebe com o seu balanço hélio–hidrogénio, a equipa do estudo complementar restringiu o intervalo de misturas estelares plausíveis.
Esse tipo de restrição vinha, na maioria dos casos, de “fósseis” químicos em estrelas antigas próximas, e não do próprio Universo primordial.
Alguns objetos adicionais semelhantes a Hebe poderão transformar uma discussão prolongada sobre as origens cósmicas num problema sustentado por medições reais.
O que Hebe muda
Hebe surge agora como o local mais convincente até ao momento para observar o Universo jovem antes de os elementos pesados alterarem a forma como as estrelas se formam.
Observações futuras de Hebe e de alvos semelhantes poderão revelar como as primeiras estrelas iluminaram as galáxias, iniciaram a química e moldaram o Universo que se seguiu.
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