Primeiras estrelas do universo: mistério da Astronomia pode ter sido resolvido pelo James Webb!

Na passada semana, o telescópio James Webb pode ter encontrado evidências das primeiras estrelas do Universo. Se isto for comprovado, é a solução para um mistério que persiste há décadas na Astronomia.

Primeiras estrelas foram descobertas pelo JWST
Exemplos de estrelas da população I de estrelas no céu noturno. A população III que é a primeira geração pode ter sido encontrada pelo JWST. Crédito: Tommy Lease

Quando olhamos para o céu noturno, vemos vários pontos no céu a cintilar. Estes pontos são estrelas presentes na nossa galáxia, a Via Láctea. A própria Terra orbita uma estrela, o Sol, que foi essencial para a manutenção da vida no nosso planeta. As estrelas são elementos importantes no nosso Universo.

As estrelas produzem elementos químicos através do processo de fusão e até mesmo no processo da sua morte. Toda estrela tem uma percentagem de metalicidade - em Astronomia, metalicidade é todo o elemento que não é hidrogénio ou hélio. Contudo, as primeiras estrelas tiveram de nascer de um Universo que só possuía hidrogénio e hélio.

As estrelas que nasceram apenas desses dois elementos chamam-se estrelas de população III. Até recentemente, nunca tinha sido encontrado um exemplo deste tipo de estrela e permanecia como um dos grandes mistérios da Astronomia. Na passada semana, o James Webb pode ter encontrado evidências de uma estrela e talvez resolver esse mistério com décadas.

Populações de estrelas

As estrelas nascem após o colapso de nuvens de poeira e gás. É natural que no processo de formação a estrela tenha na sua composição elementos como o oxigénio e até ferro. O grau de metalicidade define qual o tipo de população a que aquela estrela pertence.

Elementos que possuem número atómico maior do que 2 recebem o nome de metal dentro da Astronomia.

População I

Um exemplar de uma estrela de população I é o próprio Sol. Esta população consiste nas estrelas mais jovens do Universo, elas são recém-formadas e possuem de milhões a alguns biliões de anos.

As estrelas de população I possuem um elevado teor de metalicidade. Isto porque elas são formadas a partir de nuvens que já possuem outros elementos além do hidrogénio e hélio. Esta população de estrelas tem estrelas desde alguma fração da massa do Sol até algumas poucas dezenas.

Estrelas que vemos no céu noturno, em geral, são estrelas dessa população.

População II

A população II de estrelas é a segunda geração de estrelas no Universo. Elas são estrelas que não possuem um grau de metalicidade alto mas ainda é possível encontrar outros elementos, além de hidrogénio e hélio, na sua composição.

Boa parte das estrelas de população II são anãs vermelhas hoje em dia, isto porque estrelas mais massivas dessa população já chegaram ao final da vida, tornando-se anãs brancas, estrelas de neutrões ou buracos negros estelares.

Estrelas de população II estão presentes no bojo e no halo das galáxias. São estrelas mais velhas e avermelhadas.

População III

Por fim, a primeira população de estrelas recebe o nome População III que parece contraditório. Esta população não possui metais na sua composição e são formadas apenas por hidrogénio e hélio.

A população III iniciou com a formação das primeiras estrelas no Universo, quando o Universo tinha algumas centenas de milhões de anos. Seriam estrelas que poderiam ter de dezenas até centenas de vezes a massa do Sol.

O mistério das estrelas de população III

É esperado que estrelas de população III sejam estrelas gigantes, azuis e bastante luminosas. Isto porque a falta de metal na sua composição possibilitaria que ela atingisse tamanho e luminosidade bastante altos.

Contudo, por serem estrelas grandes e luminosas, rapidamente o combustível - causado pela fusão dos elementos no seu interior - acabaria e elas seriam estrelas com vida bastante curta. É esperado que vivessem apenas alguns milhões de anos.

Por causa disto, estas estrelas nunca foram observadas no Universo, afinal já deixaram de existir há muito tempo. A falta de observação delas deixava uma pergunta em aberto na Astronomia: será que realmente existiram?

A descoberta do JWST

Utilizando dados do telescópio James Webb, uma equipa de Cambridge pode ter encontrado uma das primeiras evidências de estrelas dessa população. Isto aconteceu após observar o espectro de uma região perto de uma das galáxias mais distantes já encontradas, a GN-z11.

Imagem da galáxia retirada do artigo Maiolino et al.
A galáxia GN-z11 e o ambiente estudado no artigo. Cada coluna representa uma linha do espectro observado, a linha está marcada a vermelho. Crédito: Maiolino et al.

A galáxia GN-z11 já existia quando o Universo tinha apenas 400 milhões de anos, época em que era esperada a existência de algumas estrelas de população III no halo das galáxias.

O espectro indica a presença de uma linha de hélio que só seria possível na presença de algo que ionize fortemente esse elemento. A ideia é que a região foi ionizada pela presença de estrela da população III com 500 vezes a massa do Sol.

O fim de um mistério?

Ainda é cedo para confirmar se chegamos ao final de uma resposta para a pergunta que tem décadas. Uma possibilidade que os astrónomos levantam é que a região foi ionizada pela atividade de um buraco negro supermassivo e não uma estrela de população III.

O artigo publicado pelo grupo não confirma que finalmente detetamos uma estrela de população III, mas este é o artigo com a melhor evidência e argumento da possibilidade de termos encontramos essas estrelas.

Este é o segundo mistério da Astronomia que parece receber uma luz em poucas semanas, ambos graças ao telescópio superpotente, James Webb.