Uma equipe internacional liderada pelo pesquisador ICREA Mark Gieles do Instituto de Ciências do Cosmos da Universidade de Barcelona (ICCUB) e do Instituto de Estudos Espaciais da Catalunha (IEEC) criou um novo modelo que ilumina como as estrelas extremamente massivas (EMS), com mais de 1.000 vezes a massa do Sol, moldaram a formação e o desenvolvimento inicial dos aglomerados estelares mais antigos do universo.
Publicada nas Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a pesquisa mostra que essas enormes estrelas de curta duração desempenharam um papel vital na determinação da composição química dos aglomerados globulares (GCs), que estão entre os sistemas estelares mais antigos e misteriosos conhecidos.
Aglomerados globulares: testemunhas antigas da história cósmica
Aglomerados globulares são coleções esféricas compactas de centenas de milhares a milhões de estrelas encontradas em quase todas as galáxias, incluindo a nossa Via Láctea. A maioria deles tem mais de 10 bilhões de anos, sugerindo que surgiram não muito depois do Big Bang.
As estrelas dentro desses aglomerados exibem composições químicas incomuns, com níveis inesperados de elementos como hélio, nitrogênio, oxigênio, sódio, magnésio e alumínio. Essas variações intrigantes, que há muito representam um mistério para os astrônomos, indicam processos complexos que alteraram o gás do qual as estrelas se formaram originalmente, provavelmente envolvendo “contaminantes” extremamente quentes.
Modelando o nascimento de aglomerados antigos
O novo estudo amplia uma teoria existente chamada modelo de fluxo inercial, aplicando-a às condições extremas do universo primitivo. Os pesquisadores demonstram que, nos aglomerados estelares mais massivos, fluxos gasosos turbulentos podem gerar naturalmente estrelas extremamente massivas (EMS) variando de 1.000 a 10.000 vezes a massa do Sol. Esses gigantes estelares produzem potentes ventos carregados com os produtos da fusão de hidrogênio em alta temperatura, que então se misturam com o gás puro circundante para criar estrelas com impressões digitais químicas distintas.
“Nosso modelo mostra que apenas algumas estrelas extremamente massivas podem deixar uma marca química duradoura em todo um aglomerado,” explica Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). “Ele finalmente conecta a física da formação de aglomerados globulares com as assinaturas químicas que observamos hoje.”
Os pesquisadores Laura Ramírez Galeano e Corinne Charbonnel da Universidade de Genebra acrescentam: “Já se sabia que as reações nucleares nos centros de estrelas extremamente massivas poderiam criar os padrões adequados de abundância. Agora temos um modelo que fornece um caminho natural para a formação dessas estrelas em aglomerados estelares massivos.”
Todo esse processo se desenrola rapidamente — em apenas um a dois milhões de anos — e ocorre antes de qualquer explosão de supernova, evitando a contaminação do gás do aglomerado pelo material da supernova.
Desvendando pistas sobre o universo primitivo e buracos negros
As descobertas têm implicações que vão muito além da Via Láctea. Os autores sugerem que as galáxias ricas em nitrogênio observadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) provavelmente contêm aglomerados globulares dominados por estrelas extremamente massivas que se formaram nas fases mais iniciais da evolução das galáxias.
“Estrelas extremamente massivas podem ter desempenhado um papel crucial na formação das primeiras galáxias,” observa Paolo Padoan (Dartmouth College e ICCUB-IEEC). “Sua luminosidade e produção química explicam naturalmente as proto-galáxias ricas em nitrogênio que agora observamos no universo primitivo com o JWST.”
Essas imensas estrelas são consideradas que terminam suas vidas colapsando em buracos negros de massa intermediária (pesando mais de 100 sóis), que podem ser detectáveis através de ondas gravitacionais.
No geral, o estudo oferece uma explicação coesa que conecta a formação de estrelas, enriquecimento químico e criação de buracos negros. Ele sugere que estrelas extremamente massivas foram cruciais para o desenvolvimento das primeiras galáxias, enriquecendo simultaneamente aglomerados globulares e dando origem aos primeiros buracos negros.