Publicação e Importância da Pesquisa

Publicada na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a pesquisa mostra que essas enormes e efêmeras estrelas desempenharam um papel vital na determinação da composição química dos aglomerados globulares (GCs), que estão entre os sistemas estelares mais antigos e misteriosos conhecidos.

Aglomerados Globulares: Testemunhas Antigas da História Cósmica

Os aglomerados globulares são coleções esféricas e compactas de centenas de milhares a milhões de estrelas, encontradas em quase todas as galáxias, incluindo a nossa, a Via Láctea. A maioria deles tem mais de 10 bilhões de anos, sugerindo que surgiram logo após o Big Bang.

As estrelas dentro desses aglomerados apresentam composições químicas incomuns, com níveis inesperados de elementos como hélio, nitrogênio, oxigênio, sódio, magnésio e alumínio. Essas variações intrigantes, há muito mistério para os astrônomos, insinuam processos complexos que alteraram o gás do qual as estrelas se formaram originalmente, provavelmente envolvendo “contaminantes” extremamente quentes.

Modelando o Nascimento de Aglomerados Antigos

O novo estudo expande uma teoria existente chamada modelo de influxo inercial, aplicando-a às condições extremas do universo inicial. Os pesquisadores demonstram que, nos aglomerados estelares mais massivos, fluxos gasosos turbulentos podem gerar naturalmente estrelas extremamente massivas (EMS) com massas variando de 1.000 a 10.000 vezes a massa do Sol. Esses gigantes estelares produzem ventos poderosos, repletos dos produtos da fusão de hidrogênio em alta temperatura, que então se misturam com o gás pristino ao redor para criar estrelas com impressões digitais químicas distintas.

“Nosso modelo mostra que apenas algumas estrelas extremamente massivas podem deixar uma marca química duradoura em todo um aglomerado,” explica Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). “Ele finalmente liga a física da formação de aglomerados globulares com as assinaturas químicas que observamos hoje.”

As pesquisadoras Laura Ramírez Galeano e Corinne Charbonnel da Universidade de Genebra acrescentam: “Já se sabia que reações nucleares nos centros de estrelas extremamente massivas poderiam criar os padrões de abundância apropriados. Agora temos um modelo que fornece um caminho natural para a formação dessas estrelas em aglomerados estelares massivos.”

Todo esse processo se desenrola rapidamente – em apenas um a dois milhões de anos – e ocorre antes de qualquer explosão de supernova, prevenindo a contaminação do gás do aglomerado pelo material da supernova.

Desvendando Pistas sobre o Universo Primo e os Buracos Negros

As descobertas têm implicações que vão muito além da Via Láctea. Os autores sugerem que as galáxias ricas em nitrogênio observadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) provavelmente contêm aglomerados globulares dominados por estrelas extremamente massivas que se formaram nas fases mais antigas da evolução das galáxias.

“Estrelas extremamente massivas podem ter desempenhado um papel fundamental na formação das primeiras galáxias,” observa Paolo Padoan (Dartmouth College e ICCUB-IEEC). “Sua luminosidade e produção química explicam naturalmente as proto-galáxias ricas em nitrogênio que agora observamos no universo primordial com o JWST.”

Essas imensas estrelas tendem a acabar suas vidas colapsando em buracos negros de massa intermediária (pesando mais de 100 sóis), que podem ser detectáveis por meio de ondas gravitacionais.

No geral, o estudo oferece uma explicação coerente que conecta a formação de estrelas, a enriquecimento químico e a criação de buracos negros. Sugere que as estrelas extremamente massivas foram cruciais para o desenvolvimento das primeiras galáxias, enriquecendo simultaneamente os aglomerados globulares e dando origem aos primeiros buracos negros.