O JWST pode ver galáxias feitas de estrelas primordiais?

A distância das estrelas da primeira geração. Crédito: STScI

Todas as estrelas são compostas principalmente de hidrogênio e hélio, mas a maioria das estrelas também tem quantidades mensuráveis de elementos mais pesados, que os astrônomos se agrupam na categoria de "metais". Nosso sol tem mais metais do que a maioria das estrelas porque a nebulosa da qual se formou era o remanescente de detritos de estrelas anteriores. Estes eram, por sua vez, filhos de estrelas ainda mais cedo, e assim por diante.

Geralmente, cada nova geração de estrelas tem um pouco mais de metal do que a última. As primeiras estrelas, aquelas nascidas do hidrogênio primordial e hélio do cosmos, quase não tinham metal nelas. Nunca vimos uma dessas estrelas primordiais, mas com o poder do Webb e um pouco de sorte, podemos vê-las em breve.

Uma maneira de determinar a quantidade de metal que uma estrela tem é comparando a proporção de ferro em sua atmosfera em comparação com o hélio, conhecido como [Fe/He]. Este número de metálica é geralmente expresso em umaescala logarítmica, onde a metálica do sol é definida como zero. As estrelas são então definidas em populações com base neste número.

Qualquer estrela com uma metálica de pelo menos -1 (o que significa que tem pelo menos 10% do sol) é uma população que eu estrelar. Estrelas com menor metálica são estrelas populacionais II, e as primeiras estrelas sem metais observáveis seriam as estrelas da População III.

Na Via Láctea, as estrelas da população I são tipicamente encontradas dentro doplano galácticoe braços em espiral, enquanto as estrelas da população II estão principalmente em um halo mais difuso de estrelas ao redor da galáxia. Isso faz sentido, já que as estrelas se formam dentro do gás e poeira dosbraços em espiral, e podem se afastar do plano galáctico à medida que envelhecem. Além do fato de que as estrelas da população II são geralmente bilhões de anos mais velhas que o sol, elas são amplamente semelhantes às estrelas mais jovens.

Acredita-se que a primeira geração de estrelas tenha sido muito diferente. Quanto mais metal uma estrela tem, mais densa ela pode ser. Uma estrela como o sol é mais compacta do que uma estrela da população III, e, portanto, não precisa de tanta massa para brilhar tão intensamente. Uma vez que as primeiras estrelas foram feitas apenas de hidrogênio e hélio, achamos que eramestrelas massivasque viveram vidas curtas, mas muito luminosas.

Eles provavelmente se formaram durante as primeiras centenas de milhões de anos do universo, e morreram dentro de algumas dezenas de milhões de anos ou menos. A única maneira de vermos sua luz é olhando para os confins mais profundos do espaço. Mesmo a galáxia mais brilhante das estrelas populacionais III seria muito fraca como visto da Terra. Mas eles são muito fracos para o todo-poderoso Webb observar?

Essa é a pergunta que este estudo recente, disponível no servidor de pré-impressão arXiv, tentou responder. A equipe simulou a intensidade e o espectro das estrelas de primeira geração para determinar como elas poderiam aparecer dentro de uma galáxia primitiva, então comparou isso com a capacidade do Telescópio Espacial Webb.

Eles descobriram que se Webb tivesse uma visão direta e desobstruída de uma galáxia primordial brilhante, ainda seria muito escuro para Webb ver. Mas se uma galáxia primordial particularmente grande estiver localizada atrás de uma grande galáxia mais próxima, a lente gravitacionalpoderia ampliar e iluminar a luz distante da galáxia a um ponto onde Webb poderia detectá-la.

Em outras palavras, estamos na ponta frustrante de ser capaz de detectar estrelas de primeira geração. Se as coisas estão alinhadas assim, e podemos separar os espectros da galáxia de primeira geração da galáxia mais próxima, então temos uma chance. Isso pode parecer decepcionante, mas os astrônomos são habilidosos e inteligentes, então há razões para esperar que com o tempo veremos luz das avós de todas asestrelas.

Fonte: phys.org