Encontrados vestígios da possível explosão de uma estrela da primeira geração

As primeiras estrelas eram tão maciças que, quando explodiram como supernovas, se espalharam pelo Espaço como uma mistura distinta de elementos pesados. 

Conhecidas como estrelas da População III, provavelmente formaram-se quando o Universo tinha apenas 100 milhões de anos e eram tão maciças que, quando explodiram como supernovas, se desfizeram e semearam no espaço interestelar uma mistura distinta de elementos pesados.

Ao analisar ULAS J1342+0928, um dos mais distantes quasares conhecidos, os astrónomos identificaram agora o material remanescente da explosão de uma estrela de primeira geração, de acordo com a Sci News.

Os astrónomos repararam numa composição altamente invulgar — o material continha 10 vezes mais ferro do que magnésio, em comparação com a proporção destes elementos encontrados no nosso sol.

Os astrónomos acreditam que a explicação mais provável para esta característica marcante é que o material foi deixado para trás por uma estrela de primeira geração, que explodiu como uma supernova de dupla instabilidade.

“De acordo com a cosmologia do Big Bang, a nucleossíntese não produz elementos pesados devido à rápida diminuição da densidade e da temperatura, à medida que o Universo se expande”, explicou Yuzuru Yoshii, astrónomo da Universidade de Tóquio.

“Isto levou a uma interpretação imediata de que os elementos pesados observados em vários objetos no Universo são sintetizados no interior de estrelas maciças e ejetados por supernovas”, acrescentou o astrónomo.

“Portanto, a primeira geração de objetos estelares chamada População III deveria ser composta por estrelas maciças nascidas do gás constituído quase exclusivamente por hidrogénio e hélio”, refere ainda Yoshii.

“Se a função da massa inicial das hipotéticas estrelas População III se estendesse a massas tão baixas como 1 massa solar, a sua vida seria tão longa como a idade da Galáxia, e sobreviveriam para serem observadas nos dias de hoje”, indica ainda.

“Contrariamente às expectativas, apesar dos grandes esforços de observação feitos durante as últimas quatro décadas, nenhuma estrela sem metais detetáveis foi encontrada em qualquer parte da Galáxia”, sublinha Yoshii.

“Explosões de supernova de dupla instabilidade acontecem quando os fotões no centro de uma estrela se transformam espontaneamente em eletrões e positrões — a contrapartida de antimatéria com carga positiva ao eletrão“, acrescentaram os astrónomos, no estudo publicado a 28 de setembro no The Astrophysical Journal.

“Esta conversão reduz a pressão da radiação dentro da estrela, permitindo que a gravidade a ultrapasse e levando ao colapso e subsequente explosão”, nota Yoshii.

“Ao contrário de outras supernovas, estes acontecimentos não deixam vestígios estelares, tais como uma estrela de neutrões ou um buraco negro, ejetando em vez disso todo o seu material no seu ambiente”, acrescenta.

“Há apenas duas maneiras de encontrar provas deles. A primeira é apanhar uma supernova de dupla instabilidade à medida que esta acontece, o que é um acontecimento altamente improvável. A outra forma é identificar a sua assinatura química a partir do material que ejetam no espaço interestelar”, notam os astrónomos.

Os investigadores estudaram os resultados de uma observação feita pelo telescópio Norte Gémeo 8.1-m, através do Espectrógrafo Quase Infravermelho Gémeo (GNIRS).

Um espectrógrafo divide a luz emitida por objetos celestes nos seus comprimentos de onda, que têm informação sobre quais os elementos que os objetos contêm.

No entanto, reduzir as quantidades de cada elemento presente é um esforço complicado, porque o brilho de uma linha num espectro depende de muitos outros fatores, para além da abundância do elemento.

“Era óbvio para mim que o candidato a supernova para isto seria uma supernova de dupla instabilidade de uma estrela População III, na qual a estrela inteira explode sem deixar qualquer resto”, informou Yoshii.

“Fiquei encantado e um pouco surpreendido ao descobrir que uma supernova de dupla instabilidade de uma estrela com uma massa cerca de 300 vezes superior à do Sol fornece uma proporção de magnésio para ferro que concorda com o baixo valor que derivamos para o quasar”, salienta o astrónomo.

Os resultados da equipa fornecem a assinatura mais clara de uma supernova de par-instabilidade baseada na relação extremamente baixa de abundância de magnésio e ferro apresentada no ULAS J1342+0928.

Se estes foram, de facto, vestígios de uma das primeiras estrelas e dos restos de uma supernova de dupla instabilidade, esta descoberta ajudará a preencher a imagem de como a matéria no Universo evoluiu para aquilo que é hoje, incluindo nós.

“Agora sabemos o que procurar, temos um caminho“, concluiu Timothy Beers, astrónomo da Universidade de Notre Dame.