Nota de Imprensa

Astrónomos descobrem nuvens de gás distantes com restos das primeiras estrelas

3 de Maio de 2023

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do ESO, os investigadores descobriram pela primeira vez as impressões digitais deixadas pela explosão das primeiras estrelas do Universo. Os cientistas detectaram três nuvens de gás distantes, cuja composição química corresponde à que se espera das primeiras explosões estelares. Estes resultados ajudam-nos a compreender melhor a natureza das primeiras estrelas que se formaram após o Big Bang.

“Conseguimos, pela primeira vez, identificar os vestígios químicos das explosões das primeiras estrelas em nuvens de gás muito distantes", afirma Andrea Saccardi, estudante de doutoramento no Observatório de Paris - PSL, que liderou este estudo durante a sua tese de mestrado na Universidade de Florença.

Os investigadores pensam que as primeiras estrelas que se formaram no Universo eram muito diferentes das que vemos atualmente. Quando surgiram, há 13,5 mil milhões de anos, estas estrelas continham apenas hidrogénio e hélio, os elementos químicos mais simples que existem na natureza [1]. Estas estrelas primordiais, que se pensa que eram dezenas ou centenas de vezes mais massivas do que o nosso Sol, morreram rapidamente em poderosas explosões de supernova, enriquecendo pela primeira vez o gás circundante com elementos mais pesados. Gerações posteriores de estrelas formaram-se a partir desse gás enriquecido e, por sua vez, ejectaram também elementos mais pesados no meio interestelar na altura da sua morte. Mas se as primeiras estrelas já desapareceram há muito tempo, como é que os investigadores podem saber mais sobre elas? "As estrelas primordiais podem ser estudadas de forma indireta através da detecção dos elementos químicos que dispersaram no seu meio após a sua morte", diz Stefania Salvadori, Professora Associada da Universidade de Florença e co-autora do estudo publicado hoje na revista da especialidade Astrophysical Journal.

Utilizando dados obtidos com o VLT do ESO, no Chile, a equipa encontrou três nuvens de gás muito distantes, observadas quando o Universo tinha apenas 10-15% da sua idade atual, com uma impressão digital química que corresponde ao que esperamos das explosões das primeiras estrelas. Dependendo da massa destas estrelas primitivas e da energia das suas explosões, estas primeiras supernovas libertaram diferentes elementos químicos, como o carbono, o oxigénio e o magnésio, que estão presentes nas camadas exteriores das estrelas. Mas algumas destas explosões não foram suficientemente energéticas para expelir elementos mais pesados, como o ferro, que se encontra apenas nos núcleos das estrelas. Uma vez que a presença de ferro nas nuvens de gás resultantes tornaria difícil ter a certeza de que o material era verdadeiramente prístino, a equipa procurou apenas nuvens de gás distantes pobres em ferro mas ricas noutros elementos, os restos das explosões de mais baixa energia. E foi exatamente isso que encontrou: três nuvens distantes no Universo primitivo com muito pouco ferro mas imenso carbono e outros elementos — a impressão digital das explosões das primeiras estrelas.

Observa-se igualmente esta composição química peculiar em muitas estrelas velhas da nossa própria Galáxia, as quais são consideradas estrelas de segunda geração, isto é, estrelas que se formaram directamente a partir das 'cinzas' das primeiras. Este novo estudo encontrou essas cinzas no Universo primordial, acrescentando assim mais uma peça a este 'puzzle'. "A nossa descoberta abre novos caminhos no estudo indireto da natureza das primeiras estrelas, complementando plenamente os estudos de estrelas da nossa Galáxia", explica Salvadori.

Para detectar e estudar estas nuvens de gás distantes, a equipa utilizou os chamados quasares - fontes muito brilhantes alimentadas por buracos negros supermassivos existentes nos centros de galáxias distantes. À medida que viaja pelo Universo, a luz de um quasar passa por nuvens de gás, ficando assim marcada pelos diferentes elementos químicos da nuvem que atravessa.

De maneira a encontrar estas marcas químicas, a equipa analisou dados de vários quasares observados com o instrumento X-shooter, montado no VLT do ESO. O X-shooter separa a luz numa gama extremamente vasta de comprimentos de onda, ou cores, o que o torna um instrumento único para identificar muitos elementos químicos diferentes nestas nuvens distantes.

Este estudo abre novas perspetivas para a próxima geração de telescópios e instrumentos, como o futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO e o seu espectrógrafo de alta resolução ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph). "Com o ANDES montado no ELT, poderemos estudar com extremo detalhe muitas destas nuvens raras de gás, conseguindo finalmente desvendar a natureza misteriosa das estrelas primordiais", conclui Valentina D'Odorico, investigadora no Instituto Nacional de Astrofísica, em Itália, e co-autora deste estudo.

Notas

[1] Minutos após o Big Bang, os únicos elementos presentes no Universo eram os três mais leves: hidrogénio, hélio e vestígios minúsculos de lítio. Os elementos mais pesados formaram-se, muito mais tarde, nas estrelas.

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi descrito num artigo científico publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal (doi: XXXXX).

A equipa é composta por: Andrea Saccardi (Observatoire de Paris, Université PSL, França; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universidade de Florença, Itália [UFlorence]), Stefania Salvadori (UFlorence; INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itália), Valentina D’Odorico (Scuola Normale Superiore, Itália; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Itália [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Itália [IFPU]), Guido Cupani (INAF Trieste; IFPU), Michele Fumagalli (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Universidade de Milano Bicocca, Itália; INAF Trieste), Trystyn A. M. Berg (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Universidade de Milano Bicocca, Itália), George D. Becker (Department of Physics & Astronomy, University of California, EUA), Sara Ellison (Department of Physics & Astronomy, University of Victoria, Canadá), Sebastian Lopez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile).

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2306, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.