Por que é tão difícil encontrar sinais das primeiras estrelas do Universo?

O problema da formação das primeiras estrelas é um desafio antigo na astronomia. A grande questão para os cientistas é que se espera que as primeiras estrelas tenham sido muito mais massivas que o Sol e que tenham explodido como supernovas rapidamente. Como então estudá-las?

A princípio, poderíamos observar galáxias muito distantes. Como a luz levou tantos bilhões de anos para chegar até nós, poderíamos tentar observar diretamente as estrelas dessas galáxias. Infelizmente, isso ainda não foi possível. Em grande parte, porque as enormes distâncias envolvidas fazem com que as galáxias sejam muito fracas e muito difíceis de detectar com os nossos telescópios.

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A próxima ideia é procurar pelas assinaturas deixadas pelas primeiras estrelas após morrerem. E é aí que nossos modelos de formação estelar entram em ação.

De forma geral, espera-se que as supernovas do começo do universo não tenham sido tão poderosas. Assim, não lançaram no meio interestelar os átomos de ferro produzidos no seu centro, mas apenas os átomos de carbono que estariam em suas camadas mais externas.

No começo, o gás presente no meio interestelar era composto apenas de átomos de hidrogênio e hélio. Mas, à medida que o tempo passou, mais elementos foram produzidos no interior das estrelas, que foi ficando mais rico. O interessante aqui é esse primeiro momento, em que as nuvens de gás contêm muito carbono e pouco ferro.

Como esse material é reaproveitado para a formação da próxima geração de estrelas, as estrelas mais antigas são geralmente mais pobres quimicamente. Existem inclusive aquelas pobres em ferro e ricas em carbono. Acreditamos que estas sejam as descendentes diretas das primeiras estrelas do universo. Várias dessas já foram encontradas em nossa Via Láctea —elas teriam nascido há muito tempo e sobrevivem até hoje carregando essa herança.

No entanto, até agora, não havia um sinal claro dessa composição química particular no gás de galáxias distantes. Isso mudou com o trabalho liderado por Andrea Saccardi, publicado na semana passada no "Astrophysical Journal".

A equipe de Saccardi procurou essa assinatura química em um catálogo de sistemas em absorção. Isso quer dizer que as galáxias estudadas são geralmente muito fracas ou rarefeitas para emitir luz própria, mas o gás ali presente pode bloquear parcialmente a radiação de um objeto atrás delas.

Assim, ao observar um grande número de quasares —fontes muito brilhantes e muito distantes produzidas por buracos negros supermassivos—, podemos buscar sinais de absorção por nuvens de gás no caminho e estudar a composição química destes sistemas.

Com uma procura cuidadosa, os cientistas encontraram algumas dessas nuvens pobres em ferro e, dentre essas, três com um aparente excesso de carbono. Eureka! Era a assinatura que buscavam do enriquecimento químico particular das primeiras estrelas.

Agora temos alvos específicos para tentar entender melhor como essas primeiras estrelas se formaram, revelando os segredos das origens cósmicas das estruturas do universo.

Aqui vale lembrar também que o telescópio espacial James Webb será um excelente parceiro nessa busca. Espera-se que ele consiga superar os obstáculos que tivemos até aqui, revelando diretamente um conjunto dessas primeiras estrelas nas galáxias mais distantes.