Galáxia MPG-CR3 pode abrigar estrelas Pop III sem metais

Ao longo de bilhões de anos, o Universo vem mudando de forma contínua. Como o espaço-tempo está se expandindo, conseguimos “olhar” para o passado e acompanhar essa evolução quase desde o início.

De tempos em tempos, porém, aparece algo que não se encaixa no que hoje acreditamos sobre como o Universo deveria funcionar.

É exatamente o que acontece com uma galáxia apresentada em um novo artigo científico pela estudante de doutorado Sijia Cai, do Departamento de Astronomia da Universidade Tsinghua, e seus colegas.

O grupo identificou uma galáxia que se formou há cerca de 11 bilhões de anos e que parece ser “sem metais”, sinal de que ela pode conter um conjunto raro de estrelas de primeira geração (Pop III).

Estrelas de População III (Pop III): por que elas importam

Antes de entrar no achado em si, vale contextualizar. As estrelas de População III (Pop III) são consideradas a primeira geração de estrelas formada no começo da história do Universo. O ponto crucial é que elas praticamente não têm “metais” - e, em cosmologia, “metais” significa qualquer elemento que não seja hidrogénio e hélio.

Como esses elementos mais pesados só podem ser produzidos no interior das próprias estrelas (ou nas supernovas que elas geram), a primeira geração, por definição, não poderia nascer contendo esses materiais.

Há décadas, cosmólogos procuram exemplos de estrelas Pop III, mas até agora não conseguiram encontrar nenhum.

Normalmente, a busca se concentra em um período chamado Época da Reionização, que ocorreu até 1 bilhão de anos após o Big Bang. Nessa fase, o Universo ainda era muito jovem, e acreditamos que as primeiras estrelas estavam começando a surgir.

Uma galáxia “prístina” 2 bilhões de anos tarde demais

Por isso, dá para imaginar a surpresa dos autores ao encontrarem uma galáxia que parece ter aparecido cerca de 2 bilhões de anos depois da Época da Reionização. A essa altura, muitas estrelas já deveriam ter nascido e morrido, e seus resíduos teriam “contaminado” nuvens próximas de gás e poeira - ou até outras estrelas - com os metais produzidos. Pelo menos essa era a ideia.

MPG-CR3 (CR3) nas observações do JWST, VLT e Subaru

Usando dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST), do Very Large Telescope (VLT) e do Telescópio Subaru, os pesquisadores isolaram uma galáxia batizada de MPG-CR3 (ou simplesmente CR3).

A assinatura espectral dessa galáxia se destacou de todas as outras do mesmo período. As linhas de hidrogénio e hélio aparecem muito “limpas” e, de forma notável, quase não há “metais” - como oxigénio - no espectro. Na prática, o limite superior para a metalicidade das estrelas da galáxia indica um valor de 0.7% da metalicidade do Sol.

Ainda mais curioso: a própria galáxia aparenta ter apenas cerca de 2 milhões de anos, o que a torna relativamente jovem em termos galácticos.

Conseguimos observá-la nessa fase inicial, apesar de ela ter se formado há bilhões de anos, justamente por causa da expansão do espaço-tempo.

A CR3 também parece ser relativamente “sem poeira” e conter estrelas relativamente pequenas, especialmente para uma galáxia tão antiga. Muitas galáxias durante o chamado Meio-Dia Cósmico exibem estrelas supermassivas quando comparadas às da Via Láctea.

A linha de emissão He II que não aparece

Há um detalhe importante que falta nos dados da CR3 e que costuma ser tratado como peça-chave para identificar estrelas Pop III: a linha de emissão de Hélio II (He II).

Embora essa linha crítica não esteja visível nos dados espectrais do VLT - que, em condições normais, seria capaz de detectá-la -, os autores apresentam duas possíveis razões. A primeira é que já existe uma linha de emissão forte de “OH” vinda de outra fonte naquela faixa do conjunto de dados, o que anula o sinal de He II.

A segunda possibilidade é que o próprio sinal de He II tenha enfraquecido, já que sua amplitude cai de forma significativa poucos milhões de anos após a formação estelar.

Como a CR3 pode ter escapado da “poluição” por metais

Assim, permanece a pergunta: se era esperado que a primeira geração de estrelas tivesse surgido bilhões de anos antes, como essa galáxia específica teria evitado a “poluição” por metais de estrelas anteriores - formadas muito antes - e, ainda assim, terminado com estrelas “prístinas” tão tarde na evolução do Universo?

Para os autores, a explicação está relacionada ao espaçamento. Em termos simples, a CR3 estaria situada em um bolsão vazio do espaço.

No jargão técnico, isso é chamado de “região subdensa”. A lógica é que, quando a nuvem de gás que antes compunha a CR3 finalmente colapsou e começou a formar estrelas, nenhum metal vindo de áreas vizinhas com formação estelar ativa havia chegado até ela.

A CR3 teria permanecido isolada, distante das suas vizinhas, e essa solidão teria permitido o nascimento de sua própria primeira geração de estrelas, em paralelo ao que acontecia no restante do Universo.

Ainda são necessários mais dados para confirmar que esta é, de facto, a primeira galáxia de Pop III já descoberta. Mas, se a confirmação vier, será um grande avanço para os cientistas: uma galáxia repleta dessas estrelas tão interessantes, e muito mais próxima do que se esperava encontrá-las, seria bem mais fácil de estudar.

Se pesquisas futuras conseguirem confirmar a linha de He II - ou oferecer uma explicação à prova de falhas para o motivo de ela não ser detectável -, os cosmólogos devem passar muito tempo a observar essa galáxia jovem e, ao mesmo tempo, realmente antiga.

Este artigo foi originalmente publicado pelo Universe Today. Leia o artigo original.