Astrônomos descobrem sinais de “super-supernovas” que destruíram as primeiras estrelas

Uma pesquisa disponível em pré-impressão no servidor arxiv.org, já aceita para publicação no Astrophysical Journal, relata ter encontrado os traços químicos de uma das primeiras estrelas do cosmos, nascidas quando o universo tinha apenas 100 milhões de anos — que teriam explodido no que os cientistas estão chamando de “super-supernovas”.

Essas estrelas de primeira geração, pertencentes à chamada População III, terminaram suas vidas em explosões de supernovas titânicas que semearam o universo com elementos químicos que as estrelas haviam forjado durante suas vidas.

Segundo uma variedade de estudos, esse material foi então incorporado na próxima geração de estrelas, planetas e até em nós mesmos, o que indica que compreender como essas primeiras estrelas enriqueceram o universo com elementos pesados é vital para entender sua evolução ao longo de seus 13,7 bilhões de anos de história.

Representação artística de uma estrela da População III, como era apenas 100 milhões de anos após o Big Bang. Imagem: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine

Usando o telescópio Gemini North, no Havaí, para estudar um quasar extremamente distante, os autores do artigo puderam analisar como ele era quando o universo tinha “apenas” 700 milhões de anos de existência e encontraram em seu entorno uma nuvem com uma assinatura química diferente.

Eles puderam elucidar os elementos químicos na nuvem e encontraram uma proporção extraordinariamente alta de ferro para magnésio, 10 vezes maior do que a mesma proporção no Sol. A equipe acredita que isso poderia ser o resultado de uma estrela de primeira geração com uma massa 300 vezes maior que a do astro rei, que explodiu em uma supernova notavelmente poderosa designada supernova de instabilidade dupla.

Nenhuma supernova de instabilidade dupla foi testemunhada até agora

De acordo com o site Space.com, os astrônomos ainda não testemunharam uma supernova de instabilidade dupla, mas teorizam que essas explosões cavalares ocorrem quando morrem estrelas gigantescas com massas entre 150 e 250 vezes a do Sol.

Durante essa poderosa explosão cósmica, fótons no centro de uma estrela espontaneamente teriam se transformado em elétrons carregados negativamente e suas contrapartes carregadas positivamente, os pósitrons. Isso acaba com a pressão de radiação externa que suporta estrelas contra a força interna da gravidade durante suas vidas.

Como resultado, a estrela experimenta um colapso gravitacional, desencadeando uma explosão de supernova que arrebenta as camadas externas.

Enquanto supernovas comuns deixam para trás remanescentes estelares na forma de estrelas de nêutrons ou buracos negros, supernovas de instabilidade dupla, em vez disso, ejetam todo o seu material no espaço.

Astrônomos investigaram a primeira geração de estrelas através de observações de um quasar semelhante à ilustração acima. Imagem: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine

Dessa forma, os cientistas não são capazes de detectar essas supernovas procurando remanescentes estelares. Elas só podem ser rastreadas de duas maneiras: seja observando-as diretamente à medida que acontecem — o que é altamente improvável tendo em vista o quão vasto é o espaço — ou detectando a assinatura química do material irrompido. 

“Era óbvio para mim que o candidato a supernova para isto seria uma supernova de instabilidade dupla de uma estrela da População III, na qual a estrela inteira explode sem deixar nenhum remanescente para trás”, disse a coautora da pesquisa e astrônoma da Universidade de Tóquio Yuzuru Yoshii, em comunicado. “Fiquei encantada e um pouco surpresa ao descobrir que uma supernova de instabilidade dupla de uma estrela com uma massa cerca de 300 vezes maior que a do Sol fornece uma proporção de magnésio para o ferro que concorda com o baixo valor que derivamos para o quasar”.

Yoshii e sua equipe recorreram a observações anteriores feitas pelo telescópio Gemini North de 8,1 metros usando o Espectrógrafo Quase-Infravermelho Gemini (GNIRS) para caçar assinaturas de estrelas da População III explodidas.

Como os elementos absorvem e emitem luz em comprimentos de onda específicos, eles deixam ‘impressões digitais’ distintas na luz que passa por uma nuvem, e instrumentos como GNIRS conseguem determinar a composição química da nuvem.

Determinar as quantidades de um elemento, no entanto, continua sendo difícil, uma vez que o brilho de uma assinatura pode depender de fatores diferentes da abundância.

Para resolver esse problema, a equipe de Yoshii criou um método que se baseia na intensidade dos comprimentos de onda de luz provenientes do espectro de luz de um quasar.

Essa abordagem permitiu que os cientistas determinassem a abundância de elementos em nuvens ao redor desse objeto, revelando a quantidade extraordinariamente alta de ferro em comparação ao magnésio.

A equipe considera este o indicador mais claro até agora de uma estrela da População III e uma supernova de instabilidade dupla. Os cientistas querem investigar nuvens quasares semelhantes e tentar descobrir se elas também apresentam essas características.

Embora estrelas de alta massa da População III tenham morrido há muito tempo, suas assinaturas químicas ainda podem ser detectáveis. A equipe acredita que a assinatura de instabilidade dupla pode durar muito tempo, então a evidência de estrelas mortas há muitos e muitos anos também pode ser encontrada impressa em objetos no universo local.

Fonte: Olhar Digital