Webb apanhou o primeiro vislumbre de “estrelas escuras”

As estrelas brilham na escuridão do espaço graças à fusão, átomos que se fundem e libertam energia. Mas e se houver outra forma de energizar uma estrela?

Uma equipa de astrofísicos, incluindo Katherine Freese da Universidade do Texas em Austin, analisou imagens do JWST (James Webb Space Telescope) e encontrou três objetos brilhantes que podem ser “estrelas escuras“.

Estes são objetos teóricos muito maiores e mais brilhantes do que o nosso Sol, alimentados pela aniquilação de partículas de matéria escura.

Se confirmadas, as estrelas escuras poderão revelar a natureza da matéria escura, um dos mais profundos problemas por resolver em toda a física.

“Descobrir um novo tipo de estrela é muito interessante por si só, mas descobrir que é a matéria escura que está a alimentá-la – isso seria incrível“, disse Freese, diretora do Instituto Weinberg de Física Teórica.

Embora a matéria escura represente cerca de 25% do Universo, a sua natureza tem escapado aos cientistas.

Os cientistas pensam que consiste num novo tipo de partícula elementar, e a caça à deteção dessas partículas está em curso. Entre os principais candidatos estão as WIMPs (Weakly interacting massive particles).

Quando colidem, estas partículas aniquilam-se, depositando calor em nuvens de hidrogénio em colapso e convertendo-as em estrelas escuras brilhantes. A identificação de estrelas escuras supermassivas abriria a possibilidade de aprender sobre a matéria escura com base nas suas propriedades observadas.

A investigação foi publicada na revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences). Para além de Freese, os coautores são Cosmin Ilie e Jillian Paulin da Universidade Colgate.

Observações posteriores das propriedades espectroscópicas dos objetos, também pelo Webb – incluindo quedas ou excesso de intensidade luminosa em certas bandas de frequência -, poderão ajudar a confirmar se estes objetos candidatos são de facto estrelas escuras.

A confirmação da existência de estrelas escuras pode também ajudar a resolver um problema criado pelo JWST: parece haver demasiadas galáxias grandes demasiado cedo no Universo para se ajustarem às previsões do modelo padrão da cosmologia.

“É mais provável que algo dentro do modelo padrão precise de ser ajustado, porque propor algo completamente novo, como nós fizemos, é sempre menos provável”, disse Freese.

“Mas se alguns destes objetos que se parecem com galáxias primitivas forem, na realidade, estrelas escuras, as simulações da formação galáctica encaixam melhor com as observações.”

As três estrelas escuras candidatas (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0) foram originalmente identificadas como galáxias em dezembro de 2022 pelo levantamento JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey).

Usando análise espectroscópica, a equipa do JADES confirmou que os objetos foram observados entre 320 milhões e 400 milhões de anos após o Big Bang, o que os torna alguns dos objetos mais antigos alguma vez observados.

“Quando olhamos para os dados do James Webb, há duas possibilidades concorrentes para estes objetos”, disse Freese. “Uma é que são galáxias que contêm milhões de estrelas normais, de população III. A outra é que são estrelas escuras. E, acredite-se ou não, uma estrela escura tem luz suficiente para competir com uma galáxia inteira”.

As estrelas escuras podem, teoricamente, crescer até atingirem vários milhões de vezes a massa do nosso Sol e até 10 mil milhões de vezes o seu brilho.

A ideia das estrelas escuras teve origem numa série de conversas entre Freese e Doug Spolyar, na altura estudante da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz.  Eles perguntavam-se: O que é que a matéria escura faz às primeiras estrelas que se formam no Universo?

Depois contactaram Paolo Gondolo, um astrofísico da Universidade do Utah, que se juntou à equipa. Após vários anos de desenvolvimento, publicaram o seu primeiro artigo sobre esta teoria na revista Physical Review Letters em 2008.