🌟 Vestígios de uma colossal estrela primordial identificados?

Buracos negros supermassivos foram observados quando o Universo ainda era muito jovem, demasiado cedo para que tivessem podido formar-se de acordo com os modelos clássicos de acreção.

O telescópio espacial James Webb traz agora uma pista sólida para resolver este enigma. As suas observações revelaram, numa galáxia distante, uma assinatura química excecional. Este sinal indica a presença passada de estrelas de massa e tamanho colossais, milhares de vezes mais massivas do que o nosso Sol, que teriam povoado as primeiras idades do cosmos.

Até agora apenas teorizadas, esta observação poderá confirmar a existência destas estrelas designadas de "população III".


Esta descoberta concentra-se na galáxia GS 3073. Analisando a sua composição, os cientistas identificaram um desequilíbrio acentuado entre as quantidades de azoto e oxigénio. Este perfil químico particular não corresponde a nenhum tipo de estrela conhecido atualmente. A equipa de investigação, envolvendo a Universidade de Portsmouth e o Center for Astrophysics, vê aqui a prova indireta de que estes gigantes hoje desaparecidos existiram realmente.

O azoto desempenha aqui o papel de um verdadeiro traçador cósmico. A sua abundância invulgarmente elevada em relação ao oxigénio na GS 3073 forma uma impressão digital única. Apenas estrelas primordiais de massa prodigiosa podem gerar uma proporção destas.

Os modelos informáticos ajudam a compreender como estes astros gigantes puderam produzir tanto azoto. No seu núcleo, reações de fusão transformam o hélio em carbono. Este carbono é depois transportado para camadas externas onde, ao reagir com o hidrogénio, gera azoto através de um ciclo carbono-azoto-oxigénio (ver abaixo). Este processo, aliado a uma convecção interna muito ativa, dispersa o azoto na estrela antes de este ser ejetado para o espaço.


O fim de vida destes colossos estelares é igualmente particular. Em vez de explodirem em supernova, colapsam diretamente sobre si próprios num buraco negro. Este fenómeno leva à formação de buracos negros desde a origem com várias milhares de massas solares. O buraco negro ativo no centro da GS 3073 poderá ser o vestígio de uma destas estrelas primordiais.

Esta descoberta abre uma nova janela sobre os primeiros capítulos da história cósmica. Mostra que a população estelar inicial era provavelmente muito diferente da atual, incluindo objetos com propriedades extremas. O telescópio James Webb deverá permitir identificar outras galáxias que apresentem um excesso similar de azoto, consolidando esta visão de um Universo jovem povoado por gigantes.

O ciclo carbono-azoto-oxigénio (CNO) nas estrelas massivas

Nas estrelas muito massivas, a produção de energia não assenta unicamente na fusão direta do hidrogénio em hélio. Outro mecanismo, chamado ciclo carbono-azoto-oxigénio, assume o controlo e torna-se dominante. Este ciclo utiliza o carbono, o azoto e o oxigénio como catalisadores para transformar o hidrogénio em hélio, libertando uma imensa quantidade de energia no processo.

O processo começa com carbono-12 presente no núcleo da estrela. Este captura um núcleo de hidrogénio (um protão) para se transformar em azoto-13, que é instável. Após uma desintegração radioativa, torna-se carbono-13. Este último captura por sua vez um protão para se tornar azoto-14, um isótopo estável.

O azoto-14 pode depois capturar outro protão para se tornar oxigénio-15, instável. Ao desintegrar-se, regressa ao estado de azoto-15. Finalmente, o azoto-15 captura um quarto protão, mas desta vez, em vez de criar um elemento mais pesado, divide-se em hélio-4 e carbono-12. O carbono-12 é assim regenerado, permitindo que o ciclo recomece.

Nas estrelas primordiais extremamente massivas, este ciclo é particularmente eficaz e rápido devido às enormes temperaturas e pressões. Conduz a uma produção e a uma mistura significativa de azoto no interior do astro. Este azoto é depois expelido para o meio interestelar, deixando esta assinatura química distintiva que hoje se observa.