Astrônomos encontram nuvens de gás distantes com restos das primeiras estrelas

Usando o Very Large Telescope (VLT) do ESO, os investigadores encontraram pela primeira vez as impressões digitais deixadas pela explosão das primeiras estrelas do Universo.

Eles detectaram três nuvens de gás distantes cuja composição química corresponde ao que esperamos das primeiras explosões estelares. Essas descobertas nos deixam um passo mais perto de entender a natureza das primeiras estrelas que se formaram após o Big Bang. 

A impressão deste artista mostra uma nuvem de gás distante que contém diferentes elementos químicos, ilustrados aqui com representações esquemáticas de vários átomos. Crédito: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser 

"Pela primeira vez, conseguimos identificar os vestígios químicos das explosões das primeiras estrelas em nuvens de gás muito distantes", diz Andrea Saccardi, doutoranda do Observatório de Paris (PSL), que liderou esse estudo durante sua dissertação de mestrado na Universidade de Florença.

Os pesquisadores pensam que as primeiras estrelas que se formaram no Universo eram muito diferentes das que vemos hoje. Quando apareceram há 13,5 bilhões de anos, continham apenas hidrogênio e hélio, os elementos químicos mais simples da natureza. Essas estrelas, que se acredita serem dezenas ou centenas de vezes mais massivas que o nosso Sol, morreram rapidamente em poderosas explosões conhecidas como supernovas, enriquecendo o gás circundante com elementos mais pesados pela primeira vez.

Gerações posteriores de estrelas nasceram desse gás enriquecido e, por sua vez, ejetaram elementos mais pesados à medida que também morriam. Mas as primeiras estrelas já se foram, então como os pesquisadores podem aprender mais sobre elas? "As estrelas primordiais podem ser estudadas indiretamente, detectando os elementos químicos que dispersaram em seu ambiente após sua morte", diz Stefania Salvadori, professora associada da Universidade de Florença e coautora do estudo publicado hoje no Astrophysical Journal.

Usando dados obtidos com o VLT do ESO no Chile, a equipa encontrou três nuvens de gás muito distantes, vistas quando o Universo tinha apenas 10-15% da sua idade atual, e com uma impressão digital química correspondente ao que esperamos das explosões das primeiras estrelas. Dependendo da massa dessas primeiras estrelas e da energia de suas explosões, essas primeiras supernovas liberaram diferentes elementos químicos, como carbono, oxigênio e magnésio, que estão presentes nas camadas externas das estrelas.

Mas algumas dessas explosões não foram energéticas o suficiente para expelir elementos mais pesados, como o ferro, que é encontrado apenas nos núcleos das estrelas. Para procurar o sinal revelador dessas primeiras estrelas que explodiram como supernovas de baixa energia, a equipe procurou nuvens de gás distantes, pobres em ferro, mas ricas em outros elementos. E eles descobriram exatamente isso: três nuvens distantes no início do Universo com muito pouco ferro, mas muito carbono e outros elementos – a impressão digital das explosões das primeiras estrelas.

Essa composição química peculiar também foi observada em muitas estrelas antigas em nossa própria galáxia, que os pesquisadores consideram estrelas de segunda geração que se formaram diretamente das "cinzas" das primeiras. Este novo estudo encontrou tais cinzas no início do Universo, adicionando assim uma peça que faltava a este quebra-cabeça. "Nossa descoberta abre novos caminhos para estudar indiretamente a natureza das primeiras estrelas, complementando totalmente os estudos de estrelas em nossa galáxia", explica Salvadori.

Para detectar e estudar essas nuvens de gás distantes, a equipe usou faróis de luz conhecidos como quasares – fontes muito brilhantes alimentadas por buracos negros supermassivos nos centros de galáxias distantes. À medida que a luz de um quasar viaja pelo Universo, ela passa por nuvens de gás onde diferentes elementos químicos deixam uma marca na luz.

Para encontrar estas impressões químicas, a equipa analisou dados de vários quasares observados com o instrumento X-shooter no VLT do ESO. X-shooter divide a luz em uma gama extremamente ampla de comprimentos de onda, ou cores, o que o torna um instrumento único com o qual identificar muitos elementos químicos diferentes nessas nuvens distantes.

Este estudo abre novas janelas para telescópios e instrumentos de próxima geração, como o próximo Extremely Large Telescope (ELT) do ESO e o seu espectrógrafo ArmazoNes de alta dispersão de alta resolução (ANDES). "Com o ANDES no ELT, poderemos estudar muitas dessas nuvens de gás raras com mais detalhes e poderemos finalmente descobrir a natureza misteriosa das primeiras estrelas", conclui Valentina D'Odorico, pesquisadora do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália e coautora do estudo.

Fonte: eso.org