O universo primitivo estava abarrotado de estrelas 10.000 vezes o tamanho do nosso Sol, sugere um novo estudo

Quando as primeiras estrelas do universo emergiram da idade das trevas cósmicas, elas aumentaram para 10.000 vezes a massa do Sol da Terra, sugere uma nova pesquisa.

Uma ilusestação mostrando uma explosão cintilante de luz estelar no centro de um campo turbulento de radiação laranja crepitante e buracos negros brilhantes. (Crédito da imagem: ESA) 

As primeiras estrelas do cosmos podem ter chegado a mais de 10.000 vezes a massa do Sol, cerca de 1.000 vezes maior do que as maiores estrelas vivas hoje, descobriu um novo estudo.

Hoje em dia, as maiores estrelas têm 100 massas solares. Mas o universo primitivo era um lugar muito mais exótico, cheio de estrelas mega-gigantes que viviam rápido e morriam muito, muito jovens, descobriram os pesquisadores. 

E uma vez que esses gigantes condenados desapareceram, as condições nunca mais foram adequadas para que eles se formassem novamente.

A Idade das Trevas cósmica

Mais de 13 bilhões de anos atrás, não muito tempo depois do Big Bang, o universo não tinha estrelas. Não havia nada mais do que uma sopa quente de gás neutro, quase inteiramente composta de hidrogênio e hélio. Ao longo de centenas de milhões de anos, no entanto, esse gás neutro começou a se acumular em bolas cada vez mais densas de matéria. Este período é conhecido como a Idade das Trevas cósmica. 

No universo moderno, bolas densas de matéria colapsam rapidamente para formar estrelas. Mas isso é porque o universo moderno tem algo que o universo primitivo não tinha: muitos elementos mais pesados do que o hidrogênio e o hélio. Esses elementos são muito eficientes em irradiar energia. Isso permite que os aglomerados densos diminuam muito rapidamente, colapsando para densidades altas o suficiente para desencadear a fusão nuclear – o processo que alimenta as estrelas combinando elementos mais leves em elementos mais pesados. 

Mas a única maneira de obter elementos mais pesados em primeiro lugar é através desse mesmo processo de fusão nuclear. Várias gerações de estrelas se formando, fundindo-se e morrendo enriqueceram o cosmos até o seu estado atual. 

Sem a capacidade de liberar calor rapidamente, a primeira geração de estrelas teve que se formar sob condições muito diferentes e muito mais difíceis.

Frentes frias

Para entender o quebra-cabeça dessas primeiras estrelas, uma equipe de astrofísicos recorreu a sofisticadas simulações de computador da idade das trevas para entender o que estava acontecendo naquela época. Eles relataram suas descobertas em janeiro em um artigo publicado no banco de dados de preprints arXiv.(abre em nova aba) e submetido para revisão por pares aos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society. 

O novo trabalho apresenta todos os ingredientes cosmológicos usuais: matéria escura para ajudar a cultivar galáxias, a evolução e aglomeração de gás neutro e radiação que pode resfriar e às vezes reaquecer o gás. Mas seu trabalho inclui algo que outros não têm: frentes frias – fluxos rápidos de matéria gelada – que batem em estruturas já formadas. 

Os pesquisadores descobriram que uma complexa rede de interações precedeu a primeira formação estelar. O gás neutro começou a se acumular e se aglomerar. O hidrogênio e o hélio liberaram um pouco de calor, o que permitiu que aglomerados do gás neutro atingissem lentamente densidades mais altas. 

Mas os aglomerados de alta densidade tornaram-se muito quentes, produzindo radiação que quebrou o gás neutro e impediu que ele se fragmentasse em muitos aglomerados menores. Isso significa que as estrelas feitas a partir desses aglomerados podem se tornar incrivelmente grandes.

Estrelas supermassivas

Essas interações de ida e volta entre radiação e gás neutro levaram a enormes pools de gás neutro – o início das primeiras galáxias. O gás nas profundezas dessas proto-galáxias formou discos de acreção de rotação rápida – anéis de matéria de fluxo rápido que se formam em torno de objetos massivos, incluindo buracos negros no universo moderno. 

Enquanto isso, nas bordas externas das protogaláxias, frentes frias de gás caíam. As frentes mais frias e massivas penetraram nas protogaláxias até o disco de acreção. 

Essas frentes frias atingiram os discos, aumentando rapidamente sua massa e densidade para um limiar crítico, permitindo assim que as primeiras estrelas aparecessem. 

Essas primeiras estrelas não eram apenas fábricas de fusão normais. Eles eram aglomerados gigantescos de gás neutro inflamando seus núcleos de fusão de uma só vez, pulando o estágio onde eles se fragmentam em pequenos pedaços. A massa estelar resultante foi enorme.

Essas primeiras estrelas teriam sido incrivelmente brilhantes e teriam vivido vidas extremamente curtas, menos de um milhão de anos. (As estrelas no universo moderno podem viver bilhões de anos). Depois disso, eles teriam morrido em explosões furiosas de explosões de supernovas. 

Essas explosões teriam transportado os produtos das reações de fusão interna – elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio – que então semearam a próxima rodada de formação estelar. Mas agora contaminado por elementos mais pesados, o processo não poderia se repetir, e esses monstros nunca mais apareceriam na cena cósmica.

Fonte: space.com