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 esclarece como as estrelas extremamente massivas (EMM), com mais de 1.000 vezes a massa do Sol, moldaram a formação e o desenvolvimento inicial dos mais antigos aglomerados estelares do universo.
Publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a pesquisa mostra que essas enormes estrelas de vida curta desempenharam um papel vital na determinação da composição química dos aglomerados globulares (AGs), que estão entre os sistemas estelares mais antigos e misteriosos conhecidos.
Aglomerados globulares: testemunhas antigas da história cósmica
Aglomerados globulares são coleções esféricas e densamente compactadas 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 emergiram logo após o 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 intrigam os astrônomos, sugerem processos complexos que alteraram o gás do qual as estrelas se formaram originalmente, envolvendo provavelmente “contaminantes” extremamente quentes.
Modelando o nascimento de aglomerados antigos
O novo estudo expande uma teoria existente chamada modelo de inflow inercial, aplicando-a às condições extremas do universo primitivo. Os pesquisadores demonstram que, nos aglomerados estelares mais massivos, fluxos de gás turbulentos podem gerar naturalmente estrelas extremamente massivas (EMM) com massas variando de 1.000 a 10.000 vezes a do Sol. Esses gigantes estelares produzem potentes ventos carregados com os produtos da fusão do hidrogênio em altas temperaturas, que se misturam com o gás primário circundante para criar estrelas com impressões digitais químicas distintas.
“Nosso modelo mostra que apenas algumas estrelas extremamente massivas podem deixar uma impressão química duradoura em todo um aglomerado,” explica Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). “Ele finalmente relaciona 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 reações nucleares nos centros de estrelas extremamente massivas poderiam criar padrões de abundância apropriados. Agora temos um modelo que fornece um caminho natural para a formação dessas estrelas em aglomerados estelares massivos.”
Esse processo se desenrola rapidamente — dentro de apenas um a dois milhões de anos — e ocorre antes que qualquer explosão de supernova aconteça, prevenindo a contaminação do gás do aglomerado pelo material da supernova.
Desbloqueando 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 chave 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 como terminando suas vidas colapsando em buracos negros de massa intermediária (com mais de 100 sóis), que poderiam ser detectáveis através de ondas gravitacionais.
No geral, o estudo oferece uma explicação coerente que conecta a formação estelar, a enriquecimento químico e a criação de buracos negros. Ele sugere que as estrelas extremamente massivas foram cruciais para o desenvolvimento das primeiras galáxias, enriquecendo simultaneamente os aglomerados globulares e dando origem aos primeiros buracos negros.
