A busca (inglória) das estrelas mais antigas do Universo

Uma das pesquisas mais difíceis em astronomia é pelas primeiras estrelas que se formaram no Universo. Batizadas com o nome de População III, elas são um conceito ainda hipotético de astros que poderiam ter se formado nos cem milhões de anos seguintes ao Big Bang. 

HD 140283 (Estrela Matusalém), uma das mais antigas já observada. (Fonte: Digitized Sky Survey (DSS), STScI/Aura/Divulgação) 

Por uma questão de coerência, elas deveriam ser compostas exclusivamente de hidrogênio e hélio, uma vez que os elementos mais pesados ainda não existiam.

Em algum momento entre 150 milhões e 1 bilhão de anos após o Big Bang, o Universo evoluiu desse estado neutro para um estado ionizado, quando os átomos antigos de hidrogênio começaram a perder elétrons. Isso ocorreu como consequência da radiação emitida pelas primeiras estrelas e galáxias em formação.

Como enxergar estrelas que já morreram há bilhões de anos?

Nesse contexto de mudança fundamentais, as estrelas da População III "criaram as condições e abundâncias elementares das quais as estrelas em nossa galáxia se formaram", afirma o astrônomo da UCLA William Lake à Popular Science. Sem elementos extras em suas atmosferas, esses corpos celestes eram mais massivos que as estrelas atuais, mais quentes e brilhantes, mas com vidas curtas. E por isso não as vemos: elas morreram há muito tempo.

A boa notícia é que podemos, sim, enxergar esses “fantasmas” estelares, graças à velocidade finita da luz, que leva tempo para chegar até nós. Ou seja, uma estrela a 12 bilhões de anos-luz de distância aparece hoje como era há 12 bilhões de anos. Mas essa observação é tão difícil, que até hoje não conseguimos ver ninguém da “turma” Pop III.

Isso ocorre porque tudo no Universo distante é muito vermelho, e é aí que entra o James Webb (JWST), um telescópio especializado em observar no infravermelho. No entanto, o JWST não consegue voltar ao início do universo, mas perto da época da reionização. Mas o problema é que as estrelas da População III, muito minúsculas e fracas do nosso ponto de vista, começaram a ficar escondidas atrás das estrelas “normais”.

Observando através das lentes gravitacionais do Universo

Galáxia SPT0615-JD, que pode conter algumas das primeiras gerações de estrelas do Universo. (Fonte: NASA/ESA/B. Salmon/STScI)

Com todos esses obstáculos, ainda e pouco provável que consigamos observar estrelas da População III, embora com o JWST, os astrônomos esperem uma ajuda das lentes gravitacionais, locais do Universo onde a luz se curva em torno de objetos massivos.

Só que, ao contrário dos telescópios terrestres, aqui precisamos contar com a sorte, para que esses objetos gigantescos se alinhem de forma a ampliar gravitacionalmente uma estrela antiga.

Para o astrônomo da UCLA Sahil Hegde, procurar essas contemporâneas da Pop III em meio às grandes populações de estrelas atuais é como tentar observar um fenômeno celeste no meio das luzes de uma cidade. Uma possibilidade seria “procurar um fundo de ondas gravitacionais de buracos negros binários semeados pela Pop III”, mas isso só será possível a partir de 2030, com a inauguração do observatório de ondas gravitacionais Einstein.

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