Estrelas escuras poderiam resolver três grandes mistérios do universo primitivo
Um novo estudo liderado pelo professor assistente de física e astronomia da Colgate, Cosmin Ilie, trabalhando com Jillian Paulin ’23 da Universidade da Pensilvânia, Andreea Petric do Space Telescope Science Institute e Katherine Freese da Universidade do Texas em Austin, propõe uma ideia única que poderia abordar três grandes mistérios da era mais antiga do universo. Os investigadores sugerem que as estrelas escuras podem ajudar a explicar o aparecimento de galáxias “monstros azuis” inesperadamente brilhantes, a presença de buracos negros muito massivos em tempos extremamente antigos e os estranhos objetos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” vistos em imagens do Telescópio Espacial James Webb (JWST).
As primeiras estrelas formaram-se em regiões dominadas pela matéria escura, especificamente nos centros de pequenas estruturas de matéria escura chamadas microhalos. Várias centenas de milhões de anos-luz após o Big Bang, nuvens feitas de hidrogénio e hélio arrefeceram o suficiente para começarem a colapsar sob a sua própria gravidade. Este processo levou ao nascimento das primeiras estrelas e marcou o início da alvorada cósmica, um período formativo na história do universo.
Durante este período, as condições podem ter permitido a formação de um tipo raro de estrela. Estas estrelas poderiam ser alimentadas não apenas pela fusão nuclear, mas também pela energia libertada quando as partículas de matéria escura se aniquilam. Conhecidos como estrelas escuras, esses objetos podem crescer até tamanhos enormes e evoluir naturalmente para sementes que mais tarde se tornarão buracos negros supermassivos.
JWST revela galáxias iniciais inesperadas
O JWST já observou os objetos mais distantes já estudados, oferecendo uma visão sem precedentes do universo primitivo. Estas observações desafiaram teorias de longa data sobre como as primeiras estrelas e galáxias se formaram. Uma das descobertas mais surpreendentes é uma grande população de galáxias conhecidas como “monstros azuis”. Estas galáxias são extremamente brilhantes, muito compactas e contêm pouca ou nenhuma poeira.
Antes do JWST, nenhuma simulação ou modelo teórico previa que galáxias com essas propriedades deveriam existir tão cedo na história cósmica. A sua descoberta forçou os astrónomos a reconsiderar a rapidez com que as estrelas e as galáxias se poderiam ter formado.
Buracos negros supermassivos e pequenos pontos vermelhos
Os dados do JWST também intensificaram um mistério contínuo envolvendo buracos negros supermassivos. Algumas das primeiras galáxias observadas parecem hospedar buracos negros muito maiores do que o esperado para a sua idade. Explicar como é que as sementes destes buracos negros supermassivos (SMBHs) maiores do que o esperado se formaram tão rapidamente continua a ser um grande desafio.
Além disso, o JWST revelou uma nova categoria de objetos compactos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” (LRDs). Estas fontes livres de poeira datam do amanhecer cósmico e são incomuns porque emitem pouca ou nenhuma radiação de raios X, algo que os astrónomos não previram com base nos modelos existentes.
Por que os modelos atuais ficam aquém
Tomados em conjunto, as galáxias monstros azuis, os primeiros buracos negros supermassivos e os pequenos pontos vermelhos apontam para sérias lacunas nas teorias pré-JWST sobre a formação inicial de galáxias e buracos negros. As descobertas sugerem que os modelos amplamente aceitos precisam de atualizações substanciais para dar conta do que o JWST está vendo agora.
“Alguns dos mistérios mais significativos apresentados pelos dados do amanhecer cósmico do JWST são, na verdade, características da teoria da estrela escura”, disse Ilie.
Evidências crescentes de estrelas negras
Embora as estrelas escuras ainda não tenham sido confirmadas através da observação direta, o novo estudo reforça o caso da sua existência. Baseia-se em candidatas a estrelas escuras fotométricas e espectroscópicas identificadas em duas PNAS estudos publicados em 2023 e 2025, respectivamente.
Os autores descrevem em detalhes como as estrelas escuras podem explicar as propriedades de galáxias monstruosas azuis, pequenos pontos vermelhos e galáxias primitivas que hospedam buracos negros massivos. O artigo também apresenta a análise espectroscópica mais recente, relatando evidências de características distintas de absorção de hélio no espectro de JADES-GS-13-0. Uma característica semelhante já havia sido identificada no JADES-GS-14-0.
Por que as estrelas escuras são importantes
As estrelas escuras estão entre os objetos teóricos mais intrigantes da astrofísica moderna. Se confirmados, poderão oferecer uma forma de sondar diretamente as propriedades das partículas de matéria escura. Isto complementaria os esforços em curso para detectar matéria escura em experiências laboratoriais na Terra, seja através da detecção directa ou da produção de partículas, e poderia ajudar a ligar as observações cósmicas à física fundamental.
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