Graças aos dados espectroscópicos coletados pelo instrumento NIRSpec do telescópio James Webb, uma equipe de pesquisadores identificou quatro candidatos potenciais para essas "estrelas negras". Um deles, batizado de JADES-GS-z14-0, mostra uma assinatura de absorção de hélio particularmente intrigante que poderia constituir uma evidência indireta de um funcionamento incomum. Essas observações vêm do levantamento JADES, que investiga os confins do Universo com uma precisão inigualável, permitindo analisar a composição química de objetos situados a distâncias vertiginosas.
O telescópio James Webb analisa a luz das primeiras eras do Universo
Crédito: NASA / dima_zel
O conceito de estrela negra foi proposto pela primeira vez em 2007 para explicar como certas estruturas cósmicas poderiam atingir dimensões e uma luminosidade que contradizem os modelos padrão. Ao contrário das estrelas comuns que tiram sua energia da fusão nuclear, esses objetos hipotéticos seriam alimentados pela aniquilação de matéria escura, essa substância invisível que compõe a maior parte da massa do Universo. Essa fonte de energia alternativa lhes permitiria atingir massas colossais, até um milhão de vezes a do Sol, enquanto brilham com uma intensidade fenomenal.
A detecção de oxigênio ao redor de JADES-GS-z14-0 pela rede de telescópios ALMA no Chile, no entanto, semeou dúvida entre os cientistas, pois esse elemento é normalmente produzido pelas estrelas de fusão nuclear. A equipe de pesquisa trabalha agora para determinar a quantidade máxima de oxigênio compatível com o cenário das estrelas negras, buscando estabelecer uma fronteira clara entre esses objetos exóticos e as estrelas primordiais supermassivas clássicas.
A comunidade científica permanece dividida sobre a existência real dessas estrelas negras. Muitos especialistas em estrelas de População III, as primeiras do Universo, consideram que as condições necessárias para sua formação são muito improváveis. O principal ponto de controvérsia concerne a dificuldade de distinguir esses objetos das estrelas primordiais supermassivas tradicionais, que poderiam apresentar assinaturas espectrais similares apesar de mecanismos físicos fundamentalmente diferentes.
Para resolver definitivamente essa questão, os pesquisadores planejam automatizar a busca por assinaturas espectrais características no imenso volume de dados coletado pelo telescópio James Webb. Somente o acúmulo de observações adicionais permitirá determinar se estamos verdadeiramente testemunhando a descoberta de uma nova classe de objetos cósmicos ou simplesmente uma manifestação particular das estrelas primordiais já conhecidas.
A matéria escura, motor das estrelas negras
A matéria escura representa cerca de 85% da matéria total do Universo, mas sua natureza exata permanece um dos maiores mistérios da cosmologia moderna. Ao contrário da matéria comum que interage com a luz, essa substância invisível não emite nem absorve radiação eletromagnética, o que a torna extremamente difícil de detectar diretamente.
No contexto das estrelas negras, as partículas de matéria escura se aniquilariam produzindo energia segundo o princípio E=mc². Esse processo liberaria uma quantidade considerável de energia, o que impediria um colapso gravitacional suficiente da nuvem de gás para iniciar a fusão nuclear.
A vantagem principal desse mecanismo reside em sua longevidade excepcional. Enquanto as estrelas clássicas esgotam seu combustível nuclear em alguns milhões a bilhões de anos, uma estrela negra poderia teoricamente brilhar indefinidamente enquanto dispuser de um suprimento de matéria escura, seu núcleo não sendo "contaminado" pela geração de elementos pesados.
Essa hipótese abre perspectivas para compreender a formação das primeiras estruturas cósmicas e poderia explicar algumas observações desconcertantes, como a existência de galáxias demasiado massivas detectadas em um Universo muito jovem para isso.
As estrelas de População III, ancestrais cósmicos
As estrelas de População III constituem a primeira geração de astros formados após o Big Bang, compostos exclusivamente de hidrogênio, hélio e traços de lítio. Seu estudo representa um desafio maior para compreender a evolução química do Universo, pois foram elas que produziram os primeiros elementos pesados por nucleossíntese.
Essas estrelas primordiais teriam se formado em um ambiente muito diferente do Universo atual, a partir de nuvens de gás puras desprovidas de elementos mais pesados que o hélio. Essa composição particular provavelmente levou à formação de astros extremamente massivos, cujas propriedades diferem radicalmente daquelas das estrelas contemporâneas.
A busca pelas estrelas de População III representa uma prova técnica considerável, pois sua duração de vida era relativamente curta e elas se extinguiram há mais de 13 bilhões de anos. O telescópio James Webb, com sua sensibilidade excepcional no infravermelho, oferece pela primeira vez a possibilidade de observar diretamente esses objetos.
A distinção entre estrelas negras e estrelas de População III clássicas baseia-se em assinaturas espectrais sutis e diferenças em sua evolução temporal, exigindo modelos teóricos sofisticados e observações de altíssima precisão.