Astrónomos podem ter finalmente encontrado as primeiras estrelas do Universo.

Cientistas detetaram a mais forte evidência observacional até agora 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 seriam essas primeiras estrelas.

O regresso do sinal

Perto do halo exterior 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 mostrou que ela não podia ser explicada por processos astrofísicos mais familiares.

Observações posteriores associaram o sinal a uma segunda assinatura de hidrogénio correspondente no mesmo local, fixando a origem de forma inequívoca no Universo primordial.

Com as duas assinaturas alinhadas e sem uma explicação alternativa que encaixe nos dados, o resultado mantém-se como a evidência direta mais clara até ao momento e exige uma análise mais detalhada da física que a sustenta.

Porque é que o hélio é decisivo

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

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

Nas estrelas modernas ricas em metais, raramente se obtém um sinal tão forte, sobretudo quando as linhas de metais - impressões digitais espectrais de elementos mais pesados - permanecem ausentes.

Em conjunto, estas pistas conduziram ambos os trabalhos à mesma interpretação e enfraqueceram explicações mais comuns, como a presença de estrelas jovens “normais”.

Um sinal mais nítido

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

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

Cada componente mostrou-se compacta e, em conjunto, ambas ficaram contidas em cerca de 1 300 anos-luz, o que aponta para um sistema jovem e concentrado.

Essa separação sugere que Hebe poderá albergar dois aglomerados estelares próximos, em fases ligeiramente distintas, em vez de uma única nuvem homogénea.

Modelação das massas estelares da População III em Hebe

Um segundo artigo de modelação recorreu ao equilíbrio hélio–hidrogénio de Hebe para estimar que tipo de estrelas alimentaria a fonte.

Com base nas intensidades de hélio e de hidrogénio, a análise complementar favoreceu uma população estelar enviesada para 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 essa janela ainda comporte incerteza, continua a apontar para uma origem dominada por estrelas primordiais invulgarmente massivas.

Hipóteses rivais não chegam

Outros candidatos continuaram a ser considerados, mas todos esbarraram no mesmo obstáculo persistente: a química de Hebe.

As estrelas Wolf–Rayet conseguem produzir linhas de hélio, mas mesmo exemplos muito pobres em metais e próximos tendem a revelar também azoto ou carbono.

Cenários com pequenos buracos negros também tiveram dificuldade em reproduzir o sinal de hélio extraordinariamente forte de Hebe e, ao mesmo tempo, explicar a sua discrepância com o perfil do hidrogénio.

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

Uma fonte quimicamente “em branco”

Do ponto de vista químico, Hebe pareceu despojada - precisamente o que os astrónomos esperariam se quase não tivessem sido formados elementos pesados nesse local.

No interior das estrelas, os elementos mais pesados do que o hélio só surgem após a combustão nuclear e as explosões estelares disseminarem material no gás circundante.

Como nenhuma das equipas viu 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 acentuada o quanto de formação estelar prévia poderia ter ocorrido.

Porque é que a localização conta

Hebe não apareceu isolada: está nas proximidades 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 massivas entram em ignição.

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

Se essa ideia se confirmar, os astrónomos poderão ter de procurar em torno de galáxias brilhantes do Universo primordial, em vez de se focarem apenas em sistemas ténues e isolados.

O que continua incerto

Ainda subsistem várias pontas soltas, porque os sinais de hélio e de hidrogénio podem variar com o pó, a densidade do gás e a idade do aglomerado.

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

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

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

Um novo mapa de pesquisa

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

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

Este tipo de restrição vinha, em grande parte, de fósseis químicos em estrelas antigas próximas, e não do próprio Universo primordial.

Alguns objetos adicionais semelhantes a Hebe poderão transformar uma discussão antiga sobre origens cósmicas num problema sustentado por medições reais.

O que Hebe altera

Hebe passa agora a ser o local mais claro, até ao momento, onde os astrónomos podem observar o Universo primordial antes de os elementos pesados alterarem a forma como as estrelas se formam.

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