Astrônomos acham que encontraram exemplos das primeiras estrelas do universo

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Astrônomos acham que encontraram exemplos das primeiras
estrelas do universo
Crédito: Equipe de Ciência da NASA/WMAP.
Quando as primeiras estrelas do Universo se formaram, o único material disponível era o hidrogênio
primordial e o hélio do Big Bang.
Os astrônomos chamam essas estrelas originais de População Três estrelas, e elas eram estrelas
extremamente massivas, luminosas e quentes. Eles se foram agora e, de fato, sua existência é hipotética.
Mas se eles existiram, eles deveriam ter deixado suas impressões digitais no gás próximo, e os astrofísicos
estão procurando por isso.
A busca pelas estrelas da População 3 do Universo (Pop III) é importante na astrofísica. Eles foram os
primeiros a formar metais astronômicos, elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio.
Somente uma vez que esses metais estivessem disponíveis, os planetas rochosos poderiam se formar.
Seus metais também alimentaram a próxima geração de estrelas, levando à maior metalicidade que
observamos em estrelas como o nosso Sol.
Como as estrelas do Pop III eram tão massivas e quentes, elas não duravam muito. Ninguém teria
sobrevivido até hoje. Mas o poderoso JWST pode expandir a busca por essas estrelas cruciais, olhando
para trás no tempo para sua luz antiga.
É disso que trata o JWST-JADES (James Webb Space Telescope Advanced Deep Extragalactic Survey).
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Pesquisadores que trabalham com dados do JADES encontraram evidências tentadoras de estrelas do Pop
III em GN-z11, uma galáxia de alto desvio para o vermelho que é uma das galáxias mais distantes da Terra
já observadas. Suas descobertas estão no artigo “JWST-JADES.
Possíveis assinaturas de População III em z ? 10,6 no halo de GN-z11. O autor principal é Roberto Maiolino,
professor de Astrofísica Experimental no Laboratório Cavendish (Departamento de Física) e do Instituto
Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge. A pesquisa será publicada na revista Astronomy and
Astrophysics.
“Encontrar a primeira geração de estrelas formadas a partir de gás intocado no início do Universo, conhecido
como estrelas da População III (Pop III), é um dos objetivos mais importantes da astrofísica moderna”,
escrevem Maiolino e seus colegas em seu artigo.
“Modelos recentes sugeriram que as estrelas do pop III podem se formar em bolsões de gás intocado no
halo de galáxias mais evoluídas.”
GN-z11 é uma dessas galáxias. Em um desvio para o vermelho de z - 10,6034, o JWST vê a galáxia como
existia há cerca de 13,4 bilhões de anos, correspondendo a cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang.
As estrelas do pop III eram enormes e poderiam ser até 1000 vezes mais massivas que o Sol. Essas
estrelas massivas teriam sido excepcionalmente quentes, o que pode fornecer uma pista para sua presença.
Os astrofísicos pensam que todo esse calor poderia ter sionicamente ionizado hélio nas proximidades.
Então eles procuram a assinatura esperada desse hélio: linhas nebulares proeminentes HeII chamadas de
linha de emissão HeII? 1640. Para indicar a presença de estrelas do Pop III, as linhas HeII precisam ser
desacompanhadas por quaisquer linhas metálicas.
O JWST observou a galáxia com seu NIRSpec-IFU (Unidade de Campo Integrado) e encontrou uma
detecção provisória de HeII?1640.
Detectar a linha de hélio duplamente ionizado foi apenas o primeiro passo. Estrelas pop III não são os
únicos objetos que poderiam ter ionizado o hélio. Para determinar se as estrelas antigas eram responsáveis,
os pesquisadores examinaram a galáxia e isolaram várias características.
Junto com o HeII-1640, eles também encontraram emissões de Lyman-alfa e CIII, ou carbono duplamente
ionizado.
Nas imagens acima, os pesquisadores observam várias características que são pistas para a fonte da
ionização do hélio.
The HeII emissions show a plume extending to the west of GN-z11. It could be tracing gas photoionized by
the galaxy’s active galactic nucleus (AGN.) Since CIII is so weak there, it could indicate very low metallicity
gas photoionized by the AGN.
The image also shows a clump of HeII to the northeast of GN-z11. The researchers call this clump the “most
intriguing” feature found. They analyzed the clump in the image below.
So what does this all add up to? Did the researchers find Pop III stars?
The spectral feature in the clump is strong evidence of photoionization by Pop III stars, according to the
authors. “This wavelength corresponds to HeII?1640 at z=10.600, and it is fully consistent with the redshift of
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GN-z11,” they write. The same emission was detected over a larger area to the northeast, possibly with a
second, fainter clump.
The authors say that the AGN could’ve photoionized the helium close to the galaxy’s center, but it can’t
explain the HeII further away. Pop III stars are the best explanation, according to the authors.
Other evidence for Pop III stars comes from the emissions widths of the HeII lines. The high width suggests
photoionization by metal poor Pop III stars rather than by Pop II stars with higher metallicity.
The extent of the ionization also indicates a certain mass for the Pop III stars, and the indicated mass agrees
with simulations.
There’s another possibility: a direct collapse black hole (DCBH). “We also considered the alternative
possibility of photoionization by a DCBH in the HeII clump,” the authors write. But the emission width should
be lower in that scenario, although not by a lot. “Hence, this scenario remains another possible
interpretation,” the authors write.
If future observations confirm the presence of Pop III stars in GN-z11, that’s a pretty big deal. But even if we
have to wait for that confirmation, this research shows how powerful the JWST is again.
“These results have demonstrated the JWST’s capability to explore the primitive environment around
galaxies in the early Universe, revealing fascinating properties,” the researchers conclude.
Written by Evan Gough/Universe Today.
https://www.universetoday.com/166794/astronomers-think-theyve-found-examples-of-the-first-stars-in-the-universe/