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Os cientistas encontraram fortes evidências de que estrelas supermassivas existiam dentro de aglomerados globulares quando se formaram, há 13 mil milhões de anos. Aqui, uma imagem do aglomerado globular M13, a 22.000 anos-luz da Terra, composto por um milhão de estrelas espremidas num espaço com 150 anos-luz de diâmetro. Crédito: HST STScI NASA ESA
Investigadores das universidades de Genebra, Paris e Barcelona descobriram fortes evidências de que as peculiaridades observadas em aglomerados estelares de tamanho considerável podem ser explicadas por estrelas supermassivas.
Os aglomerados globulares são os agrupamentos estelares mais massivos e antigos do universo, abrigando até um milhão de estrelas individuais. Estas estrelas, que nasceram ao mesmo tempo, possuem uma composição química distinta, exibindo anomalias que não são encontradas em nenhuma outra população de estrelas.
Compreender esta característica única representa um grande enigma no campo da astronomia. Conjecturando anteriormente que estrelas supermassivas poderiam ser as responsáveis, pesquisadores das Universidades de Genebra e Barcelona, juntamente com o Instituto de Astrofísica de Paris (afiliado ao CNRS e à Universidade de Sorbonne), acreditam ter detectado a evidência química inicial dessas estrelas em protoaglomerados globulares. . Esses protoaglomerados surgiram aproximadamente 440 milhões de anos após o Big Bang.
Estes resultados, obtidos graças às observações do telescópio espacial James-Webb, foram publicados na revista Astronomia e Astrofísica.
Os aglomerados globulares são agrupamentos muito densos de estrelas distribuídas em uma esfera, com raio variando de uma dúzia a cem anos-luz. Eles podem conter até 1 milhão de estrelas e são encontrados em todos os tipos de galáxias. O nosso é o lar de cerca de 180 deles. Um dos seus grandes mistérios é a composição das suas estrelas: por que é tão variada? Por exemplo, a proporção de oxigênio, nitrogênio, sódio e alumínio varia de uma estrela para outra. Porém, todos nasceram ao mesmo tempo, dentro da mesma nuvem de gás. Os astrofísicos falam de “anomalias de abundância”.
Monstros com vidas muito curtas
Uma equipa das universidades de Genebra (UNIGE) e Barcelona, e do Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS e Universidade Sorbonne) fez um novo avanço na explicação deste fenómeno. Em 2018, tinha desenvolvido um modelo teórico segundo o qual estrelas supermassivas teriam «poluído» a nuvem de gás original durante a formação destes aglomerados, enriquecendo as suas estrelas com elementos químicos de forma heterogénea.
“Hoje, graças aos dados recolhidos pelo Telescópio Espacial James-Webb, acreditamos ter encontrado uma primeira pista da presença destas estrelas extraordinárias”, explica Corinne Charbonnel, professora titular do Departamento de Astronomia da UNIGE. Faculdade de Ciências e primeiro autor do estudo.
Estes monstros celestes são 5 000 a 10 000 vezes mais massivos e cinco vezes mais quentes no seu centro (75 milhões de °C) do que o Sol. Mas provar a sua existência é complexo.
''Os aglomerados globulares têm entre 10 e 13 bilhões de anos, enquanto a vida útil máxima das superestrelas é de dois milhões de anos. Portanto, desapareceram muito cedo dos aglomerados atualmente observáveis. Restam apenas vestígios indiretos”, explica Mark Gieles, professor do ICREA na Universidade de Barcelona e coautor do estudo.
Revelado pela luz
Graças à poderosa visão infravermelha do telescópio James-Webb, os co-autores conseguiram apoiar a sua hipótese. O satélite capturou a luz emitida por uma das galáxias mais distantes e mais jovens conhecidas até hoje no nosso Universo. Localizado a cerca de 13,3 mil milhões de anos-luz, o GN-z11 tem apenas algumas dezenas de milhões de anos. Na astronomia, a análise do espectro de luz dos objetos cósmicos é um elemento chave na determinação das suas características. Aqui, a luz emitida por esta galáxia forneceu duas informações valiosas.
“Foi estabelecido que contém proporções muito elevadas de azoto e uma densidade muito elevada de estrelas”, diz Daniel Schaerer, professor associado do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e co-autor do estudo.
Isto sugere que vários aglomerados globulares estão se formando nesta galáxia e que ainda abrigam uma estrela supermassiva ativa. ''A forte presença de nitrogênio só pode ser explicada pela combustão do hidrogênio em temperaturas extremamente altas, que apenas o núcleo das estrelas supermassivas pode atingir, como mostram os modelos de Laura Ramirez-Galeano, aluna de mestrado da nossa equipe,' ', explica Corinne Charbonnel.
Estes novos resultados fortalecem o modelo da equipa internacional. Este modelo é o único atualmente capaz de explicar as anomalias de abundância em aglomerados globulares. O próximo passo dos cientistas será testar a validade deste modelo noutros aglomerados globulares formados em galáxias distantes, utilizando os dados de James-Webb.
Referência: “Aprimoramento de N em GN-z11: Primeira evidência de nucleossíntese de estrelas supermassivas em condições semelhantes a aglomerados protoglobulares em alto desvio para o vermelho?” por C. Charbonnel, D. Schaerer, N. Prantzos, L. Ramírez-Galeano, T. Fragos, A. Kuruvanthodi, R. Marques-Chaves e M. Gieles, 5 de maio de 2023, Astronomia e Astrofísica.
DOI: 10.1051/0004-6361/202346410