O telescópio espacial James Webb detectou recentemente objetos insólitos no Universo. Essas entidades, que poderiam ser "estrelas escuras", despertam uma curiosidade marcante nos astrónomos. Se confirmadas, elas brilhariam graças a um mecanismo ligado à matéria escura, uma substância invisível que compõe grande parte do cosmos.
Se esses astros não são realmente obscuros, o seu nome reflete uma fonte de energia no mínimo singular. Ao contrário das estrelas clássicas que retiram a sua luminosidade da fusão nuclear, elas seriam alimentadas pela aniquilação de partículas de matéria escura (um processo explicado mais adiante). Esta particularidade torna-as mais frias na superfície, mas extremamente brilhantes devido ao seu tamanho imenso, o que as distingue dos astros comuns observados até agora.
A matéria escura, que constitui cerca de 27% do cosmos, permanece indetetável porque não emite luz visível. Os cientistas pensam que ela é composta por partículas eletricamente neutras, que se aniquilam ao colidirem, libertando assim energia. Este mecanismo poderia aquecer os gases de hidrogénio e hélio primordiais, impedindo o seu colapso rápido e retardando a formação estelar clássica, conduzindo à criação de estrelas escuras.
Voltemos aos primeiros tempos do Universo: as nuvens de gás primitivas colapsaram sob o efeito da gravidade. Normalmente, isso desencadeia a fusão nuclear, mas com uma forte densidade de matéria escura, a aniquilação produz calor suficiente para manter esses objetos em equilíbrio. As estrelas escuras poderiam assim viver muito mais tempo do que as estrelas padrão, atraindo continuamente matéria escura para permanecerem luminosas.
Três objetos vistos pelo JWST em dezembro de 2022 e identificados como galáxias poderiam na realidade ser imensas estrelas alimentadas por matéria escura.
Crédito: NASA/ ESA
A fim de identificar esses objetos, os astrónomos procuram sinais específicos. Eles devem ser muito antigos, com um forte desvio para o vermelho na sua luz (ver a explicação no final do artigo), indicando que se formaram pouco depois do Big Bang. Os seus tamanhos são colossais, atingindo dezenas de unidades astronómicas (uma unidade astronómica representa a distância entre a Terra e o Sol), e contêm poucos elementos pesados como o oxigénio. Os dados do James Webb revelaram candidatos correspondentes a esses critérios.
No final da vida, as estrelas escuras massivas poderiam colapsar diretamente em buracos negros supermassivos. Isso ofereceria uma pista para compreender a formação rápida de tais buracos negros no Universo jovem, como o observado na galáxia UHZ-1. Contudo, esta ideia não é unânime, pois alguns investigadores consideram que esses objetos poderiam ser galáxias incomuns, necessitando de mais estudos para confirmar a sua natureza.
A aniquilação da matéria escura
A aniquilação da matéria escura é um processo teórico em que partículas dessa substância colidem e se destroem mutuamente, libertando energia. Os modelos indicam que essas partículas são as suas próprias antipartículas, o que significa que têm propriedades opostas mas a mesma massa. Quando se encontram, aniquilam-se produzindo fotões ou outras partículas, convertendo a sua massa em energia segundo a famosa equação E=mc² de Einstein.
No caso das estrelas escuras, essa aniquilação ocorre a uma taxa elevada se a densidade de matéria escura for suficiente. A energia libertada aquece os gases circundantes, como o hidrogénio e o hélio, criando uma pressão que contraria o colapso gravitacional. Este mecanismo permite que esses objetos brilhem sem recorrer à fusão nuclear, oferecendo uma alternativa aos processos estelares clássicos.
A aniquilação influencia também a formação das estruturas no Universo, ao afetar a distribuição do calor e da matéria. Se confirmada, poderia explicar porque certas regiões do espaço apresentam anomalias luminosas ou térmicas, abrindo caminho a novas teorias em astrofísica.
O desvio para o vermelho e o Universo antigo
O desvio para o vermelho é um efeito observado quando a luz de objetos distantes se estende para comprimentos de onda maiores, indicando que o Universo está em expansão. Para os astrónomos, isso serve como ferramenta para medir distâncias e idades de objetos celestes. Quanto maior o desvio, mais antigo e distante é o objeto, porque a sua luz viajou mais tempo através do espaço em expansão.
No que diz respeito às estrelas escuras, este desvio ajuda a identificar candidatos potenciais, pois esses objetos supõe-se terem-se formado pouco depois do Big Bang. O telescópio James Webb usa sensores infravermelhos para detetar essa luz desviada, revelando estruturas que de outra forma seriam invisíveis. Isso permite estudar as primeiras gerações de estrelas e galáxias, oferecendo um vislumbre do Universo primordial.
Os dados de desvio para o vermelho são combinados com outras medidas, como luminosidade e composição química, para distinguir as estrelas escuras das galáxias normais. Por exemplo, as estrelas escuras deveriam mostrar poucos elementos pesados, porque se formam a partir de materiais primitivos. Esta abordagem multiespectral é essencial para validar as hipóteses sobre esses objetos enigmáticos.
Compreender o desvio para o vermelho permite também estudar a expansão acelerada do Universo, ligada à energia escura. Ao mapear esses efeitos, os investigadores podem reconstituir a história cósmica e prever a evolução futura.
Fonte: arXiv