Por Que o Universo Primitivo Parecia Tão Estranho
Quando os astrônomos observam através de bilhões de anos-luz, eles estão olhando para o passado, e o que veem não corresponde às galáxias espirais e elípticas organizadas que povoam nossa vizinhança cósmica. As galáxias do Universo primitivo, e as estrelas que queimavam dentro delas, parecem visivelmente mais estranhas, e os pesquisadores há muito tempo querem saber por quê. Uma equipe da Universidade de Utah está atacando essa questão por um ângulo incomum: em vez de se concentrar apenas nos objetos mais tênues e distantes que o Hubble consegue detectar, eles estão estudando estrelas próximas que funcionam como substitutas das antigas.
As primeiras estrelas do cosmos começaram a se formar cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang. Elas viveram rápido, morreram jovens e espalharam os elementos que fabricaram de volta ao espaço, onde esse material foi reciclado em gerações posteriores de estrelas. Ao longo do caminho, elas remodelaram as galáxias que as abrigavam, um processo de retroalimentação que os astrônomos ainda estão tentando modelar em detalhes.
Um Atalho Próximo para o Passado Distante
Liderada por Grace Telford, professora assistente de física e astrônoma da Universidade de Utah, a equipe realizou um levantamento chamado Treasury of Extremely Metal-Poor O Stars, ou TEMPOS. Em vez de tentar capturar a luz fraca de estrelas que brilharam há mais de 13 bilhões de anos, o levantamento examinou estrelas em galáxias relativamente próximas que compartilham características físicas importantes com suas contrapartes antigas.
As observações dependeram da luz ultravioleta emitida por essas estrelas, detectada com o Cosmic Origins Spectrograph a bordo do Telescópio Espacial Hubble. A radiação ultravioleta oferece uma janela crucial para as estrelas mais quentes e massivas, e a maior parte dela é bloqueada pela atmosfera da Terra, o que é precisamente por que o ponto de vista do Hubble acima da atmosfera importa tanto para esse tipo de trabalho.
Lendo as Impressões Digitais das Estrelas Antigas
Em astronomia, chamar uma estrela de pobre em metais não significa que ela carece de ferro ou níquel no sentido cotidiano. Significa que a estrela contém apenas quantidades residuais de qualquer elemento mais pesado que o hélio. O Universo infantil era composto quase inteiramente de hidrogênio e hélio, então as primeiras estrelas praticamente não tinham elementos mais pesados com que trabalhar. Ao localizar estrelas locais com teor de metais igualmente baixo, a equipe de Telford está montando um conjunto de dados que permite estudar de perto a física dessas condições, algo impossível de fazer diretamente para objetos situados na borda do Universo observável.
A Influência Descomunal das Estrelas Massivas
As estrelas visadas pelo TEMPOS são massivas, e essa característica importa enormemente para como as galáxias evoluem. Telford explica que estrelas como essas queimam extremamente quentes e brilhantes, consumindo rapidamente seu combustível e terminando suas breves vidas como explosões de supernova que depositam uma grande quantidade de energia e material no gás ao seu redor. Por meio desse processo, elas aquecem o gás circundante e regulam quanto dele permanece frio o suficiente para colapsar e formar novas estrelas, governando efetivamente o caminho evolutivo de suas galáxias hospedeiras.
Esse papel regulador é uma das razões pelas quais o Universo primitivo parecia tão diferente do que habitamos. Quando estrelas massivas são comuns, elas podem suprimir ou desencadear a formação estelar em ondas sucessivas, deixando as galáxias com formas, cores e populações estelares incomuns. Entender como as primeiras gerações de estrelas se comportaram, portanto, traduz-se diretamente em entender como as primeiras galáxias se montaram.
De Gigantes do Tipo O aos Ventos de Wolf-Rayet
As estrelas do tipo O estão entre as maiores e mais brilhantes do Universo, e vivem vidas curtas para os padrões estelares. Algumas delas, ao se aproximarem do fim de sua existência, tornam-se estrelas Wolf-Rayet, que lançam enormes quantidades de massa ao espaço por meio de poderosos ventos estelares. Esses ventos removem as camadas externas das estrelas e expõem suas regiões internas quentes. Observações de sistemas Wolf-Rayet, incluindo pares binários, ajudam os astrônomos a entender a intensa perda de massa que molda os capítulos finais das estrelas massivas e o enriquecimento químico que elas deixam para trás.
A Longa Olhada do Hubble no Tempo
Olhar o mais longe possível no tempo cósmico tem sido uma missão central para o Telescópio Espacial Hubble desde seu primeiro levantamento de campo profundo em 1995. Mesmo naquelas primeiras imagens, as pequenas galáxias distantes pareciam estranhas, não correspondendo exatamente às galáxias que vemos mais perto de casa. Essa discrepância levantou uma questão do tipo ovo e galinha que ainda impulsiona a pesquisa: as estrelas se formaram primeiro, ou as galáxias?
As evidências apontam para as estrelas vindo primeiro. As primeiras estrelas provavelmente eram monstros, forjadas a partir dos vastos reservatórios de hidrogênio disponíveis no cosmos infantil, e eram mais de dez vezes mais massivas que o Sol. Seu tamanho e luminosidade imensos significavam que viviam furiosamente e morriam rapidamente, semeando o cosmos com elementos mais pesados e preparando o terreno para as galáxias que se seguiram. As estrelas da População III, como essa primeira geração é conhecida, formaram-se algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang e são efetivamente invisíveis hoje porque desapareceram há muito tempo.
Por Que Isso Importa para a Evolução das Galáxias
Ao identificar estrelas O locais pobres em metais e estudar seus espectros ultravioleta, a equipe do TEMPOS está montando algo como uma biblioteca de referência, um conjunto de objetos próximos cujo comportamento medido pode informar modelos da mais antiga geração estelar. Modelos construídos a partir de estrelas análogas dão aos astrônomos uma maneira de raciocinar sobre estrelas que nunca poderão observar diretamente.
- Modelos melhores das estrelas da População III: estrelas O próximas e pobres em metais fornecem referenciais mensuráveis de massa, temperatura e taxas de perda de massa que podem ser escalonados para a primeira geração estelar.
- Imagem mais clara da montagem das galáxias: como as estrelas massivas regulam o gás disponível para a formação estelar, seu comportamento molda quando e onde as galáxias constroem novas estrelas.
- Interpretação aprimorada de observações distantes: quando o Hubble e seus sucessores capturam a luz de galáxias distantes, modelos informados pelo TEMPOS ajudam a explicar o que está sendo visto.
- Uma ponte através do tempo cósmico: o levantamento liga estrelas que podem ser estudadas em detalhes hoje com as estrelas inalcançáveis que moldaram as primeiras galáxias do Universo.
O Caminho à Frente
O conjunto de dados do TEMPOS está sendo usado para destacar estrelas dignas de estudo astrofísico mais profundo, e cada novo alvo adiciona detalhes a um quadro cada vez mais nuançado de como estrelas massivas e pobres em metais se comportam. O trabalho não satisfaz apenas a curiosidade sobre o passado distante; ele também afia as ferramentas teóricas que os astrônomos usam para interpretar cada nova imagem de campo profundo, dos arquivos do Hubble a futuros observatórios.
O Universo primitivo permanece um lugar estranho em nossa imaginação, um cosmos de estrelas enormes e de vida curta cujas explosões iluminaram galáxias jovens e enriqueceram o gás ao seu redor. Telford e seus colegas estão trabalhando para tornar essa estranheza legível, estrela por estrela, usando os análogos mais próximos disponíveis para reconstruir um capítulo da história cósmica que terminou muito antes de a Via Láctea tomar forma.
Este artigo é baseado em reportagem do Universe Today. Leia o artigo original.
Originally published on universetoday.com
