Potenciais primeiros vestígios das estrelas mais antigas do Universo

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NOIRLab / NSF / AURA /J. da Silva / SpaceEngine

Esta sensação de artista mostra um campo de estrelas de População III, somente 100 milhões de anos em seguida o Big Bang.

Os astrónomos podem ter desvelado os antigos remanescentes químicos das primeiras estrelas a iluminar o Universo.

Utilizando uma estudo inovadora de um quasar distante observado pelo telescópio Gemini North de 8,1 metros no Hawaii, operado pelo NOIRLab da NSF (National Science Foundation), os cientistas encontraram uma proporção invulgar de elementos que, argumentam, só podem ser originários dos detritos produzidos pela explosão de uma estrela de primeira geração com 300 massas solares.

As primeiras estrelas formaram-se provavelmente quando o Universo tinha somente 100 milhões de anos, menos de 1% da sua idade atual. Estas primeiras estrelas – conhecidas porquê de População III – eram tão titanicamente massivas que quando terminaram as suas vidas porquê supernovas rasgaram-se a elas próprias, semeando o espaço interestelar com uma mistura distinta de elementos pesados. No entanto, apesar de décadas de procura diligente por segmento dos astrónomos, não havia até agora evidências diretas destas estrelas primordiais.

Ao indagar um dos mais distantes quasares conhecidos (a luz deste quasar viajou durante 13,1 milénio milhões de anos, o que significa que os astrónomos estão a observá-lo quando o Universo tinha somente 700 milhões de anos. Isto corresponde a um meandro para o vermelho de 7,54) utilizando o telescópio Gemini North, um de dois telescópios idênticos que compõem o Observatório Internacional Gemini, operado pelo NOIRLab da NSF, os astrónomos pensam agora ter identificado o material remanescente da explosão de uma estrela de primeira geração.

Usando um método inovador para descontar os elementos químicos contidos nas nuvens que rodeiam o quasar, notaram uma elaboração altamente invulgar – o material continha mais de 10 vezes mais ferro do que magnésio em verificação com a proporção destes elementos encontrados no Sol.

Os cientistas pensam que a explicação mais provável para esta particularidade marcante é que o material foi deixado para trás por uma estrela de primeira geração que explodiu porquê uma supernova por instabilidade de pares.

Estas versões notavelmente poderosas de explosões de supernova nunca foram testemunhadas, mas são teorizadas porquê sendo o termo da vida de estrelas gigantescas, com massas entre 150 e 250 vezes superiores à do Sol.

As explosões de supernova por instabilidade de pares ocorrem quando os fotões no núcleo de uma estrela se transformam espontaneamente em eletrões e positrões – a contrapartida de antimatéria com trouxa positiva para o eletrão. Esta conversão reduz a pressão da radiação dentro da estrela, permitindo que a sisudez a ultrapasse, levando ao colapso e subsequente explosão.

Ao contrário de outras supernovas, estes acontecimentos dramáticos não deixam vestígios, tais porquê uma estrela de neutrões ou um buraco preto, ejetando ao invés todo o seu material para o envolvente.

Existem somente duas formas de encontrar evidências delas. A primeira é colher uma supernova por instabilidade de pares “no acto”, o que é um evento altamente improvável. A outra forma é identificar a assinatura química do material que é ejetado para o espaço interestelar.

Para a sua investigação, os astrónomos estudaram resultados de uma reparo prévia feita pelo telescópio Gemini North de 8,1 metros, usando o GNIRS (Gemini Near-Infrared Spectrograph).

Um espectrógrafo divide a luz emitida por objetos celestes nos seus comprimentos de vaga constituintes, que transportam informação sobre quais os elementos que os objetos contêm. O Gemini é um dos poucos telescópios do seu tamanho com equipamento adequado para realizar tais observações.

A dedução das quantidades de cada elemento presente, no entanto, é um esforço complicado porque o fulgor de uma risca num espectro depende de muitos outros factores para além da opulência do elemento.

Dois coautores da estudo, Yuzuru Yoshii e Hiroaki Sameshima, da Universidade de Tóquio, abordaram levante problema desenvolvendo um método de utilização da intensidade dos comprimentos de vaga num espectro quasar para prezar a opulência dos elementos ali presentes.

Foi através da utilização deste método para indagar o espectro do quasar que eles e os seus colegas descobriram a relação manifestamente baixa entre o magnésio e o ferro.

“Era óbvio para mim que o candidato à supernova, para isto, seria uma supernova por instabilidade de pares de uma estrela de População III, na qual a estrela inteira explode sem deixar qualquer remanescente“, disse Yoshii.

“Fiquei seduzido e um pouco surpreendido ao desvendar que uma supernova por instabilidade de pares de uma estrela com murado de 300 vezes a tamanho do Sol fornece uma proporção de magnésio para ferro que concorda com o grave valor que derivámos para o quasar”.

Já foram anteriormente efetuadas buscas por evidências químicas de uma geração anterior de estrelas de subida tamanho de População III entre as estrelas no halo da Via Láctea e pelo menos uma identificação preparatório foi apresentada em 2014. Yoshii e os seus colegas, porém, pensam que o novo resultado proporciona a assinatura mais clara de uma supernova por instabilidade de pares com base na relação extremamente baixa de opulência de magnésio e ferro apresentada neste quasar.

Se esta é, de facto, a prova de uma das primeiras estrelas e do remanescente de uma supernova por instabilidade de pares, a invenção ajudará a proceder a nossa imagem de porquê a material no Universo veio a evoluir para o que é hoje, incluindo nós. Para meticulosamente testar esta tradução, são necessárias muitas mais observações para ver se outros objetos têm características semelhantes.

Mas também podemos ser capazes de encontrar as assinaturas químicas mais perto de morada. Embora as estrelas de População III de subida tamanho tivessem perdido há muito, as impressões digitais químicas que deixam no seu material ejetado podem insistir muito mais tempo e perdurar ainda hoje.

Isto significa que os astrónomos podem ser capazes de encontrar as assinaturas de explosões de supernova por instabilidade de pares de estrelas há muito desaparecidas ainda impressas em objetos no nosso Universo sítio.

“Sabemos agora o que procurar; temos um caminho“, disse o coautor Timothy Beers, astrónomo da Universidade de Notre Dame. “Se isto aconteceu localmente no Universo primitivo, o que deve ter efetivamente ocorrido, portanto esperamos encontrar mais evidências”.

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