Nas primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang, as primeiras estrelas do universo começaram a formar-se a partir de nuvens de hidrogénio e hélio. No entanto, as observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelaram objetos no universo primitivo que são surpreendentemente brilhantes, desafiando os modelos convencionais de evolução estelar e formação de buracos negros. Um recente estudar liderado por pesquisadores da Universidade Colgate e da Universidade do Texas em Austin relata a identificação de quatro objetos extremamente distantes cujas propriedades são consistentes com um novo tipo teórico de estrela. A pesquisa, publicada no Anais da Academia Nacional de Ciênciassugere que estas podem ser as primeiras “estrelas escuras” observadas – objetos estelares gigantes alimentados não pela fusão nuclear, mas pela aniquilação da matéria escura.
Uma nova teoria da evolução estelar
A teoria das estrelas escuras, originalmente desenvolvida por Katherine Freese e colaboradores num artigo de 2008, fornece uma explicação potencial para estes objetos cósmicos incomuns. De acordo com a teoria, estrelas escuras são nuvens vastas e “inchadas” compostas principalmente de hidrogênio e hélio. Ao contrário das estrelas normais, que são apoiadas contra o colapso gravitacional pela pressão externa da fusão nuclear nos seus núcleos, as estrelas escuras são alimentadas por um mecanismo diferente. Eles são aquecidos pela aniquilação de partículas de matéria escura dentro deles. É amplamente aceito que a matéria escura consiste em um novo tipo de partícula, sendo as Partículas Massivas de Interação Fraca (WIMPs) as principais candidatas. Quando essas partículas colidem, elas se aniquilam, depositando uma quantidade mínima, mas suficiente, de calor na nuvem de gás em colapso. Este processo evita que a nuvem se torne densa o suficiente para iniciar a fusão, permitindo que ela se transforme em um objeto extremamente brilhante e supermassivo. As condições para a formação de estrelas escuras teriam sido ideais nos densos halos de matéria escura do universo primitivo.
Analisando objetos candidatos do Telescópio Espacial James Webb
Usando dados do JWST Pesquisa Extragaláctica Profunda Avançada (JADES)a equipe de pesquisa identificou quatro objetos candidatos a distâncias extremas. Os candidatos são nomeados JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-13-0e JADES-GS-z11-0. A equipe analisou a morfologia e os espectros desses objetos usando os instrumentos NIRCam e NIRSpec do telescópio. A análise mostrou que cada um dos quatro objetos é consistente com a interpretação da estrela escura supermassiva. Morfologicamente, JADES-GS-z14-1 não está resolvido, o que significa que aparece como uma fonte pontual, que é o que seria esperado de uma estrela única e muito distante. Os outros três objetos são extremamente compactos. A evidência mais convincente vem do espectro de JADES-GS-z14-0que mostra sinais de uma possível assinatura de “arma fumegante” para uma estrela negra. Os pesquisadores descobriram uma queda no espectro consistente com uma característica de absorção de íons de hélio em 1640Å. Prevê-se que esta característica específica exista nas atmosferas de estrelas escuras devido às grandes quantidades de hélio individualmente ionizado. No entanto, os pesquisadores observam que a relação sinal-ruído desse recurso é relativamente baixa, aproximadamente S/N ~2o que significa que a descoberta ainda é provisória. Dados do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) também revelaram a presença de oxigénio para o mesmo objeto, o que sugere que pode não ser uma estrela primordial isolada, mas sim uma estrela inserida num ambiente rico em metais, possivelmente como resultado de uma fusão. A identificação de estrelas escuras supermassivas pode ajudar a resolver dois grandes enigmas na astronomia: por que o JWST está encontrando galáxias tão brilhantes no universo primitivo e como os buracos negros supermassivos vistos alimentando quasares distantes se formaram tão rapidamente.
