Os astrônomos detectaram uma estrela extremamente incomum que eles acreditam ser um fóssil estelar, ou remanescente, de uma das primeiras estrelas do universo.

Impressão artística de uma estrela gigante vermelha passando por uma explosão de hipernova. Crédito da imagem: Shutterstock

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A estrela, chamada AS0039, está localizada na galáxia anã do Escultor, a cerca de 290.000 anos-luz do sistema solar. Este remanescente estelar tem a menor concentração de metal, particularmente ferro, de qualquer estrela medida fora da Via Láctea. Os pesquisadores acreditam que a descoberta é uma evidência de que o remanescente é um descendente direto de uma das primeiras estrelas do universo, que continha muito pouco metal.

A equipe descobriu que a estrela-mãe primordial de AS0039 teria cerca de 20 massas solares e provavelmente morreu em uma hipernova, uma explosão estelar 10 a 100 vezes mais poderosa do que uma supernova normal.

A descoberta pode revelar novas informações sobre as primeiras estrelas do universo, que nunca foram observadas direta ou indiretamente até agora. "AS0039 tem uma composição química incomum que nos permite sondar a natureza das primeiras estrelas e, em particular, sua massa estelar", disse o co-autor do estudo Mike Irwin, astrônomo da Universidade de Cambridge, na Inglaterra. 

As primeiras estrelas 

Embora todas as estrelas sejam bolas de gás quente chamadas plasma, alimentadas pela fusão de elementos no núcleo, elas também são extremamente diversas; eles podem variar amplamente em tamanho e cor. Mas todas as estrelas podem ser classificadas em três grupos distintos - População I, População II e População III - com base em sua composição química ou metalicidade.

As estrelas da população I, como o sol e a maioria das outras estrelas do universo observável, têm alto teor de metais, especialmente ferro, e são ricas em elementos relativamente pesados, como cálcio e magnésio. Estrelas da população II, como AS0039, são muito mais raras; essas estrelas pobres em metais contêm apenas vestígios de elementos pesados. Estrelas da população III, que nunca foram vistas, são quase totalmente livres de metais e têm zero elementos pesados. 

Embora estrelas de População III nunca tenham sido detectadas, os astrônomos sabem que as primeiras estrelas nascidas no universo teriam sido estrelas de População III, disse Irwin.

A impressão de um artista das estrelas da População III no universo primordial. Crédito da imagem: equipe científica da Nasa / Wmap

Durante a fusão nuclear, os átomos de hidrogênio se fundem em hélio, que libera uma enorme quantidade de energia. A maioria das estrelas, aquelas com até cerca de 1,4 massa solar, lentamente gasta seu combustível de hidrogênio até que não haja mais nenhum, incham até se tornarem gigantes vermelhas e eventualmente colapsam em anãs brancas. 

No entanto, estrelas maiores rapidamente usam seu hidrogênio e, em vez disso, começam a fundir hélio em carbono e, eventualmente, carbono em ferro, que é o elemento mais pesado que uma estrela pode criar. Eventualmente, essas grandes estrelas se tornam muito densas e colapsam em si mesmas e explodem em uma supernova, que não apenas dispersa os elementos da estrela no espaço circundante, mas também libera energia suficiente para criar elementos mais pesados que o ferro. 

Muitas vezes, novas estrelas nascem nas nuvens de gás deixadas para trás pelas estrelas anteriores; portanto, quando se formam, absorvem alguns dos metais e elementos pesados das estrelas que explodiram antes delas. Como resultado, todas as estrelas observadas hoje são estrelas da População I ou II, porque se formaram a partir das sobras das estrelas que vieram antes delas.

No entanto, as primeiras estrelas do universo, as estrelas de População III, foram formadas a partir de hidrogênio puro, que foi o primeiro elemento criado após o Big Bang, disse Irwin. "Estrelas de população III são definidas como a primeira geração de estrelas que se formou no universo e, portanto, foram formadas a partir de metalicidade zero."

Essas estrelas primárias também careciam de elementos pesados porque nenhuma supernovas as havia criado.

Filhos de Hipernovas 

Quando os pesquisadores descobriram a AS0039, eles ficaram surpresos com o quão pobre em metais ela era, mesmo em comparação com outras estrelas da População II. 

A AS0039 tem a menor concentração de metal de qualquer estrela estudada fora de nossa galáxia, bem como a menor concentração de carbono de qualquer estrela já estudada no universo. Ela também tem proporções incomuns de elementos mais pesados, particularmente magnésio e cálcio, em quantidades muito baixas. Essas descobertas sugerem que a AS0039 pode ser uma estrela de segunda geração que se formou a partir dos restos de uma estrela de População III.

Uma imagem da galáxia anã do Escultor. Crédito da imagem: Eso / Digitized Sky Survey 2

Simulações de computador sugeriram que a estrela da População III, que deu origem a AS0039, provavelmente morreu em uma poderosa explosão de hipernova. "Acreditamos que as estrelas da População III eram geralmente mais massivas do que as que vemos hoje, então não seria surpreendente se uma estrela da População III acabasse como uma hipernova", disse Irwin.

Os pesquisadores esperam que a descoberta da AS0039 ajude os astrônomos a localizar mais estrelas de segunda geração pobres em metais da População II, o que, por sua vez, esclareceria o tamanho e a distribuição das estrelas da População III e o papel que desempenharam na transformação do hidrogênio inicial preenchido no universo que vemos hoje.

"A AS0039 mostra que é possível aprender sobre as propriedades das estrelas de População III e indica o caminho para encontrar mais exemplos", disse Irwin. "Isso é vital para nos ajudar a entender como o universo evoluiu para o que observamos hoje."

O estudo foi publicado online em 13 de julho no The Astrophysical Journal Letters.

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Referência:

BAKER, Harry. Weird stellar remnant may be from one of the first stars in the universe. Live Science, 22, out. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/evidence-of-first-stars-in-universe>. Acesso em: 25, out. 2021.