Telescópio James Webb vislumbra possíveis primeiras 'estrelas escuras'

As estrelas irradiam brilhantemente da escuridão do espaço graças à fusão, átomos se fundindo e liberando energia. Mas e se houver outra maneira de alimentar uma estrela? 

Esses três objetos (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0) foram originalmente identificados como galáxias em dezembro de 2022 pelo JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Agora, uma equipe que inclui Katherine Freese, da Universidade do Texas em Austin, especula que elas podem realmente ser "estrelas escuras", objetos teóricos muito maiores e mais brilhantes do que o nosso Sol, alimentados por partículas de matéria escura que aniquilam. Crédito da imagem: NASA/ESA.

Uma equipe de astrofísicos, incluindo Katherine Freese, da Universidade do Texas em Austin, analisou imagens do Telescópio Espacial James Webb (JWST) e encontrou três objetos brilhantes que podem ser "estrelas escuras", objetos teóricos muito maiores e mais brilhantes do que o nosso Sol, alimentados por partículas de matéria escura que aniquilam. Se confirmadas, as estrelas escuras podem revelar a natureza da matéria escura, um dos problemas não resolvidos mais profundos de toda a física.

"Descobrir um novo tipo de estrela é muito interessante por si só, mas descobrir que é a matéria escura que está alimentando isso seria enorme", disse Freese, diretor do Instituto Weinberg de Física Teórica e da Cátedra de Física Jeff e Gail Kodosky na UT Austin.

Embora a matéria escura represente cerca de 25% do universo, sua natureza tem escapado aos cientistas. Os cientistas acreditam que consiste em um novo tipo de partícula elementar, e a caça para detectar tais partículas está em andamento. Entre os principais candidatos estão partículas massivas de interação fraca.

Quando colidem, essas partículas se aniquilam, depositando calor em nuvens de hidrogênio em colapso e convertendo-as em estrelas escuras brilhantes. A identificação de estrelas escuras supermassivas abriria a possibilidade de aprender sobre a matéria escura com base em suas propriedades observadas.

A pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences. Junto com Freese, os coautores são Cosmin Ilie e Jillian Paulin na Colgate University.

Observações de acompanhamento do JWST das propriedades espectroscópicas dos objetos - incluindo quedas ou excesso de intensidade de luz em certas bandas de frequência - podem ajudar a confirmar se esses objetos candidatos são realmente estrelas escuras.

Confirmar a existência de estrelas escuras também pode ajudar a resolver um problema criado pelo JWST: parece haver muitas galáxias grandes muito cedo no universo para se encaixar nas previsões do modelo padrão da cosmologia.

"É mais provável que algo dentro do modelo padrão precise de ajuste, porque propor algo totalmente novo, como fizemos, é sempre menos provável", disse Freese. "Mas se alguns desses objetos que se parecem com galáxias primitivas são, na verdade, estrelas escuras, as simulações de formação de galáxias concordam melhor com as observações."

As três estrelas escuras candidatas (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0) foram originalmente identificadas como galáxias em dezembro de 2022 pelo JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Usando análise espectroscópica, a equipe do JADES confirmou que os objetos foram observados em momentos que variam de cerca de 320 milhões a 400 milhões de anos após o Big Bang, tornando-os alguns dos objetos mais antigos já vistos. 

"Quando olhamos para os dados do James Webb, há duas possibilidades concorrentes para esses objetos", disse Freese. "Uma delas é que são galáxias contendo milhões de estrelas comuns, de população III. A outra é que são estrelas escuras. E acredite ou não, uma estrela escura tem luz suficiente para competir com uma galáxia inteira de estrelas."

As estrelas escuras poderiam teoricamente crescer para ter vários milhões de vezes a massa do nosso Sol e até 10 bilhões de vezes mais brilhantes que o Sol.

A ideia das estrelas escuras surgiu em uma série de conversas entre Freese e Doug Spolyar, na época estudante de pós-graduação na Universidade da Califórnia, em Santa Cruz. Eles se perguntavam: o que a matéria escura faz com as primeiras estrelas a se formarem no universo? Em seguida, eles entraram em contato com Paolo Gondolo, astrofísico da Universidade de Utah, que se juntou à equipe. 

Após vários anos de desenvolvimento, eles publicaram seu primeiro artigo sobre essa teoria na revista Physical Review Letters em 2008.

Fonte: news.utexas.edu