Estrelas colossais formaram os primeiros aglomerados do Universo

Publicado no Avisos mensais da Royal Astronomical Societya investigação mostra que estas estrelas enormes e de vida curta desempenharam um papel vital na determinação da composição química dos aglomerados globulares (GC), que estão entre os sistemas estelares mais antigos e misteriosos conhecidos.

Aglomerados globulares: testemunhas antigas da história cósmica

Os aglomerados globulares são coleções esféricas 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 mil milhões de anos, sugerindo que surgiram pouco depois do Big Bang.

As estrelas dentro destes aglomerados apresentam composições químicas incomuns, com níveis inesperados de elementos como hélio, nitrogênio, oxigênio, sódio, magnésio e alumínio. Estas variações intrigantes, há muito um mistério para os astrónomos, sugerem processos complexos que alteraram o gás a partir do qual as estrelas se formaram originalmente, provavelmente envolvendo “contaminantes” extremamente quentes.

Modelando o nascimento de clusters antigos

O novo estudo expande uma teoria existente chamada modelo de influxo inercial, aplicando-a às condições extremas do universo primitivo. Os investigadores demonstram que nos aglomerados estelares mais massivos, os fluxos turbulentos de gás podem gerar naturalmente estrelas extremamente massivas (EMS) que variam entre 1.000 e 10.000 vezes a massa do Sol. Estas gigantes estelares produzem ventos poderosos cheios de produtos da fusão de hidrogénio a alta temperatura, que depois se misturam com o gás primitivo circundante para criar estrelas com impressões digitais químicas distintas.

“O nosso modelo mostra que apenas algumas estrelas extremamente massivas podem deixar uma marca química duradoura num aglomerado inteiro,” explica Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). “Finalmente liga a física da formação de aglomerados globulares com as assinaturas químicas que observamos hoje.”

As investigadoras Laura Ramírez Galeano e Corinne Charbonnel, da Universidade de Genebra, acrescentam: “Já se sabia que as reações nucleares nos centros de estrelas extremamente massivas poderiam criar os padrões de abundância apropriados. Temos agora um modelo que fornece um caminho natural para a formação destas estrelas em aglomerados estelares massivos.”

Todo este processo desenrola-se rapidamente – dentro de apenas um a dois milhões de anos – e ocorre antes de ocorrer qualquer explosão de supernova, evitando a contaminação do gás do aglomerado por material de supernova.

Desbloqueando pistas sobre o universo primitivo e os buracos negros

As descobertas têm implicações que vão muito além da Via Láctea. Os autores sugerem que as galáxias ricas em azoto observadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) provavelmente contêm aglomerados globulares dominados por estrelas extremamente massivas que se formaram nas primeiras fases da evolução galáctica.

“Estrelas extremamente massivas podem ter desempenhado um papel fundamental na formação das primeiras galáxias”, observa Paolo Padoan (Dartmouth College e ICCUB-IEEC). “A sua luminosidade e produção química explicam naturalmente as protogaláxias enriquecidas com azoto que observamos agora no Universo primitivo com o JWST.”

Pensa-se que estas imensas estrelas terminam as suas vidas colapsando em buracos negros de massa intermédia (pesando mais de 100 Sóis), que poderiam ser detectáveis ​​através de ondas gravitacionais.

No geral, o estudo oferece uma explicação coesa que liga a formação de estrelas, o enriquecimento químico e a criação de buracos negros. Sugere que estrelas extremamente massivas foram cruciais para o desenvolvimento das primeiras galáxias, enriquecendo simultaneamente aglomerados globulares e dando origem aos primeiros buracos negros.