Astrónomos podem ter finalmente encontrado as primeiras estrelas do Universo.

Cientistas detetaram, até agora, a evidência observacional mais forte da existência das primeiras estrelas do Universo, ao identificarem uma fonte compacta que emite radiação extrema de hélio no cosmos primordial.

Esta descoberta transforma uma população estelar há muito prevista pela teoria num alvo mensurável e começa a delinear como poderiam ser essas primeiras estrelas.

O sinal regressa: Hebe no Universo primordial

Na periferia do halo externo de uma galáxia jovem e distante, um objeto compacto chamado Hebe - um pequeno sistema companheiro situado a cerca de 10.000 anos-luz da galáxia GN-z11 - gerou um sinal de hélio invulgarmente intenso, que se destaca face a todas as fontes estelares conhecidas.

Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge, confirmou essa emissão e demonstrou que ela não podia ser explicada por processos astrofísicos mais comuns.

Observações de seguimento associaram o sinal a uma segunda assinatura correspondente de hidrogénio no mesmo local, ancorando a origem de forma convincente no Universo muito jovem.

Com ambos os sinais alinhados e sem qualquer explicação alternativa que se ajuste aos dados, o resultado mantém-se como a evidência direta mais nítida até à data e exige uma análise mais aprofundada da física subjacente.

Porque é que o hélio é tão importante

Ao contrário das estrelas formadas mais tarde, as estrelas da População III - as primeiras a nascerem a partir de gás quase puro - deverão emitir luz extraordinariamente energética.

Essa radiação consegue arrancar dois eletrões ao hélio, originando hélio ionizado com ambos os eletrões internos removidos.

Estrelas modernas, ricas em metais, raramente produzem um sinal assim tão forte, sobretudo quando as linhas de metais - as “impressões digitais” espectrais de elementos mais pesados - continuam ausentes.

Este conjunto de pistas levou ambos os estudos à mesma conclusão e enfraqueceu hipóteses mais familiares, como a de estrelas jovens comuns.

Um sinal mais definido

Os novos espectros não se limitaram a repetir a deteção anterior: separaram a emissão de hélio de Hebe em duas componentes muito próximas.

Uma dessas componentes também coincidiu com a linha de hidrogénio, mostrando que o objeto era real e não um artefacto do instrumento.

Cada componente aparentava ser compacta e, em conjunto, situavam-se dentro de aproximadamente 1.300 anos-luz, apontando para um sistema jovem e apertado.

Essa divisão sugere que Hebe poderá conter dois enxames estelares próximos, em fases ligeiramente diferentes, em vez de uma única nuvem homogénea.

Modelação das massas estelares

Um segundo trabalho, centrado em modelação, usou o equilíbrio entre hélio e hidrogénio em Hebe para estimar que tipo de estrelas estaria a alimentar a fonte.

Partindo das intensidades relativas de hélio e hidrogénio, a análise complementar favoreceu uma população estelar dominada por membros muito massivos.

Os resultados colocaram ainda a massa estelar total da fonte algures entre cerca de 20.000 e 600.000 massas solares.

Embora esse intervalo continue a incorporar incerteza, inclina-se para um cenário construído por estrelas primitivas invulgarmente massivas.

Hipóteses rivais ficam aquém

Outros suspeitos permaneceram em cima da mesa, mas todos esbarraram no mesmo obstáculo persistente: a química de Hebe.

Estrelas Wolf-Rayet podem gerar linhas de hélio; ainda assim, mesmo exemplos muito pobres em metais e próximos costumam revelar também azoto ou carbono.

Cenários com pequenos buracos negros também tiveram dificuldade em reproduzir o sinal de hélio excecionalmente forte de Hebe e a sua discrepância face ao perfil do hidrogénio.

“As estrelas da População III são a explicação mais plausível para a emissão de He II observada”, escreveu Maiolino, mantendo as estrelas primordiais como explicação principal.

Uma fonte quimicamente “em branco”

Do ponto de vista químico, Hebe pareceu despojada - exatamente o que os astrónomos esperariam se quase não tivessem existido ali elementos pesados.

No interior das estrelas, elementos mais pesados do que o hélio só surgem depois de processos de fusão nuclear e de explosões estelares que semeiam o gás circundante.

Como nenhuma das equipas identificou essas assinaturas, Hebe não se assemelhou a gerações posteriores já enriquecidas por explosões anteriores.

Essa ausência não prova uma pureza absoluta, mas restringe de forma marcada a quantidade de formação estelar prévia que poderia ter ocorrido.

Porque é que o local conta

Hebe não surgiu isolada: encontra-se perto de GN-z11, uma das galáxias mais brilhantes conhecidas dessa época.

Ambientes deste tipo podem atrair gás fresco de hidrogénio e hélio e, depois, comprimi-lo até ao ponto em que estrelas muito massivas entram em ignição.

Alguns modelos já previam que regiões jovens e densas como esta poderiam esconder as primeiras estrelas durante mais tempo do que zonas de espaço mais vazias.

Se esta ideia se confirmar, os astrónomos poderão ter de procurar à volta de galáxias brilhantes do Universo inicial, em vez de se focarem apenas em sistemas ténues e isolados.

O que continua incerto

Várias pontas soltas continuam a ser relevantes, porque os sinais de hélio e hidrogénio podem variar com o pó, a densidade do gás e a idade dos enxames.

Uma pequena quantidade de poeira pode atenuar o hélio ultravioleta de forma diferente do hidrogénio no visível e enviesar a estimativa de massa.

Gás muito denso também pode reforçar a linha de hélio sem exigir exatamente a mesma mistura de estrelas.

Estas ressalvas significam que Hebe é uma pista poderosa, mas ainda não constitui a resposta definitiva sobre as primeiras estrelas.

Um novo mapa de busca

Pela primeira vez, os astrónomos podem recorrer à luz direta de um sistema candidato para testar teorias sobre as massas estelares iniciais.

Ao combinar o brilho de Hebe com o seu balanço entre hélio e hidrogénio, a equipa complementar restringiu o intervalo de misturas estelares plausíveis.

Até aqui, esse tipo de limitação vinha sobretudo de “fósseis” químicos em estrelas antigas próximas, e não do próprio Universo primordial.

Mais alguns objetos como Hebe podem transformar uma discussão prolongada sobre as origens cósmicas num problema sustentado por medições reais.

O que Hebe altera

Hebe afirma-se, por agora, como o local mais claro onde é possível observar o Universo jovem antes de os elementos pesados alterarem a forma como as estrelas se formam.

Observações adicionais de Hebe e de alvos semelhantes poderão revelar como as primeiras estrelas iluminaram galáxias, semearam a química e moldaram o Universo que se seguiu.