JWST pode revelar estrelas de População III na galáxia GLIMPSE-16403

Houve um tempo em que ainda não existiam estrelas.

Na escuridão primordial que se seguiu ao Big Bang, nada vagava além de um imenso oceano de hidrogénio e hélio. Só quando surgiram as estrelas - formadas a partir de densidades esmagadoras nesse gás que se aglomerava - é que começaram a aparecer elementos mais pesados, forjados pela fusão nos seus núcleos poderosos.

Pelo menos é assim que os cientistas entendem a história. Na prática, ninguém viu diretamente essas primeiras estrelas, chamadas estrelas de População III. Um novo artigo poderá, finalmente, aproximar-nos desse momento.

Num preprint submetido ao The Astrophysical Journal e disponibilizado no arXiv, uma grande equipa internacional de astrónomos liderada por Seiji Fujimoto, da University of Texas at Austin, descreve o que pode ser uma galáxia do Universo inicial rica nesses objetos raros.

A galáxia em questão, batizada de GLIMPSE-16403, ainda está longe de ser uma confirmação de que abriga estrelas de População III. Mesmo assim, o facto de já existir um candidato plausível indica que talvez seja apenas uma questão de tempo até identificarmos, de facto, as primeiras estrelas do Universo.

"Este trabalho abre um caminho claro para a descoberta das primeiras galáxias Pop III", escrevem os investigadores. "Qualquer que seja o destino dos candidatos atuais, os métodos desenvolvidos neste estudo vão impulsionar as buscas por galáxias Pop III ao longo da era do JWST."

Alvorecer Cósmico e as estrelas de População III

Chamamos de Alvorecer Cósmico o período que abrange, aproximadamente, o primeiro bilião de anos após o Big Bang ter dado origem ao Universo há cerca de 13,8 biliões de anos. Nesse intervalo, o cosmos evoluiu a partir de um plasma quente de quarks e glúons que preenchia o Universo nos seus instantes iniciais, formando estrelas e galáxias que, literalmente, varreram a escuridão com a sua luz intensa.

As primeiras estrelas de População III foram essenciais para o Universo que observamos hoje. Elementos mais pesados do que hidrogénio e hélio só podem ser produzidos por processos extremos, como a fusão no núcleo estelar e explosões de novas. Ainda assim, até agora, as investigações tinham encontrado apenas indícios indiretos dessa primeira geração - e não as próprias estrelas.

Uma explicação bastante aceite é que as estrelas de População III teriam sido especialmente massivas, maiores do que quaisquer estrelas comuns no Universo mais recente. Estrelas maiores vivem muito, muito menos do que estrelas pequenas; por isso, aquelas primeiras estrelas podem ter-se apagado há imenso tempo, deixando sobretudo os elementos sintetizados nos seus núcleos para serem incorporados por gerações estelares posteriores.

Cosmólogos e astrónomos querem, com urgência, descobrir como eram esses astros iniciais. Também procuram compreender como as “luzes” se acenderam no Alvorecer Cósmico, dissipando a névoa de hidrogénio neutro que tornava o espaço opaco.

Por que o JWST é a melhor aposta

A melhor ferramenta para isso é o JWST, o telescópio espacial mais poderoso já construído, concebido para enxergar mais longe no Universo primordial do que qualquer telescópio anterior, graças à sua sensibilidade no infravermelho.

Observar o Alvorecer Cósmico já é um desafio por si só; procurar uma “agulha” específica nesse cenário é ainda mais difícil. Fujimoto e os seus colegas concluíram que poderiam acelerar a procura examinando com enorme detalhe apenas pequenas áreas do céu, em busca das assinaturas químicas associadas às estrelas de População III.

Impressões digitais químicas: hidrogénio e hélio em destaque

A estratégia concentrou-se em galáxias com espectros de emissão fortes de hidrogénio e hélio, e com pouca evidência de outros elementos. A cadeia de análise da equipa identificou dois candidatos. Um deles apareceu de forma apenas sugestiva; o outro, GLIMPSE-16403, localizada no Alvorecer Cósmico cerca de 825 milhões de anos após o Big Bang, cumpriu todos os critérios que os investigadores tinham definido para uma galáxia de População III.

GLIMPSE-16403: o candidato mais promissor até agora

Com isso, a galáxia torna-se, até ao momento, o melhor alvo para tentar encontrar as estrelas que “acenderam” a luz do Universo.

Ainda será necessário trabalho adicional para esclarecer a natureza das estrelas em GLIMPSE-16403, e isso pode ser complicado: seria preciso obter um espectro detalhado, algo difícil de conseguir através de distâncias tão vastas no espaço-tempo.

Mesmo assim, o resultado é extremamente estimulante: a deteção de estrelas de População III agora parece estar logo ali, na próxima curva.

"Exatamente há cem anos, o nosso horizonte cósmico expandiu-se pela primeira vez para além das margens da Via Láctea, com Andrómeda e Triângulo a marcar as fronteiras do nosso lugar no Universo", escrevem os investigadores.

"Ao refletirmos sobre as descobertas profundas dos últimos cem anos, é intrigante imaginar como aqueles primeiros exploradores de placas de vidro veriam a perspetiva de que possamos em breve detetar as primeiras estrelas do Universo."

O artigo da equipa foi submetido ao The Astrophysical Journal e está disponível no arXiv.