Desde que os astrônomos perceberam que o Universo está em constante estado de expansão e que uma explosão maciça provavelmente o iniciou há 13,8 bilhões de anos (o Big Bang), tem havido perguntas não resolvidas sobre quando e como as primeiras estrelas se formaram. Com base nos dados coletados pela sonda de anisotropia de microondas Wilkinson (WMAP) da NASA e em missões semelhantes, acredita-se que isso tenha acontecido cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang.
Muitos dos detalhes de como esse complexo processo funcionou permaneceram um mistério. No entanto, novas evidências reunidas por uma equipe liderada por pesquisadores do Instituto Max Planck de Astronomia indicam que as primeiras estrelas devem ter se formado rapidamente. Usando dados dos telescópios Magellan no Observatório Las Campanas, a equipe observou uma nuvem de gás onde a formação estelar estava ocorrendo apenas 850 milhões de anos após o Big Bang.
O estudo que descreveu suas descobertas, que apareceu recentemente no Astrophysical Journal, foi liderado por Eduardo Bañados. Membro da Instituição Carnegie para a Ciência na época, Banados e seus colegas observaram a nuvem de gás enquanto realizavam observações de acompanhamento em uma pesquisa com 15 dos quasares mais distantes conhecidos.
Esta pesquisa foi preparada por Chiara Mazzucchelli, astrônoma do Observatório Europeu do Sul (ESO) e coautora do estudo, como parte de seu doutorado. pesquisa no Instituto Max Planck de Astronomia. Ao examinar os espectros de um quasar em particular (P183 + 05), eles observaram que ele tinha algumas características bastante peculiares.
Usando os telescópios Magellan de 6,5 m da Carnegie Institution no Observatório Las Campanas, no Chile, Banados e seus colegas reconheceram as características espectrais do que eram: uma nuvem de gás próxima que estava sendo iluminada pelo quasar. Os espectros também disseram a que distância a nuvem de gás estava da Terra - a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância - tornando-a uma das mais distantes já observadas e identificadas pelos astrônomos.
Além disso, eles encontraram espectros que indicavam a presença de quantidades vestigiais de elementos como carbono, oxigênio, ferro e magnésio - quimicamente designados como "metais", pois são mais pesados que o hélio. Tais elementos foram criados durante o início do Universo, quando as primeiras gerações de estrelas (também conhecidas como "população III") as liberaram no cosmos depois que atingiram o fim de sua vida útil e explodiram como supernovas.
Como disse Michael Rauch, astrônomo da Instituição de Ciências Carnegie e coautor do novo estudo:
"Depois que estávamos convencidos de que estávamos vendo esse gás primitivo apenas 850 milhões de anos após o Big Bang, começamos a pensar se esse sistema ainda poderia reter assinaturas químicas produzidas pela primeira geração de estrelas".
Encontrar a primeira geração de estrelas tem sido o objetivo dos astrônomos, pois permitiria uma compreensão mais abrangente da história do Universo. Com o passar do tempo, elementos mais pesados que o hidrogênio desempenharam um papel fundamental na formação de estrelas, onde a matéria se agrupa devido à atração mútua e depois sofre colapso gravitacional.
Como se acredita que apenas o hidrogênio e o hélio existiram no Universo após o Big Bang, a primeira geração de estrelas não possuía esses elementos químicos - o que os diferencia de todas as gerações que se seguiram. Portanto, foi surpreendente observar uma abundância relativa desses elementos em uma nuvem de gás tão antiga, que na verdade era comparável ao que os astrônomos veem hoje em dia nas nuvens de gás intergalácticas.
Essas observações representam um grande desafio para as teorias convencionais de como as primeiras estrelas do nosso Universo se formaram. Essencialmente, indica que a formação de estrelas deve ter começado muito antes para produzir esses elementos químicos. Com base em estudos envolvendo supernovas do tipo Ia, estima-se que as explosões necessárias para produzir esses metais com a abundância observada levem cerca de 1 bilhão de anos para acontecer.
Em suma, os cientistas podem ter demorado cerca de uma geração quando se trata do nascimento das primeiras estrelas, o que implica que pode ter havido algumas durante as eras mais antigas do Universo. Isso efetivamente significa que as primeiras estrelas teriam que se formar rapidamente da sopa primordial de hidrogênio e hélio que foi o Universo primitivo. Essa descoberta pode ter sérias implicações para as teorias da evolução cósmica.
Como Bañados disse, o objetivo agora é confirmar isso encontrando nuvens de gás adicionais que possuem abundâncias químicas semelhantes:
“É empolgante poder medir a metalicidade e as abundâncias químicas tão cedo na história do universo, mas se queremos identificar as assinaturas das primeiras estrelas, precisamos sondar ainda mais cedo na história cósmica. Estou otimista de que encontraremos nuvens de gás ainda mais distantes, o que poderia nos ajudar a entender como as primeiras estrelas nasceram. ”
A relatividade nos diz que espaço e tempo são duas expressões da mesma realidade. Logo, olhando mais para o Universo, também estamos olhando para trás no tempo. Ao fazer isso, os astrônomos puderam ajustar seus modelos e idéias cosmológicos sobre como e quando tudo começou. Sabendo que as primeiras estrelas do Universo poderiam ter suas origens voltadas para um tempo ainda anterior; bem, isso é apenas parte da curva de aprendizado!
