Uma equipe de astrofísicos sugere que uma nova categoria de estrelas alimentadas pela aniquilação da matéria escura poderia permitir remover certas inconsistências que pesam fortemente nos modelos cosmológicos atuais.
Quando pensamos em estrelas, é naturalmente uma enorme esfera de fogo alimentada por reações de fusão que vem à mente. Mas essas reações termonucleares talvez não sejam o único fenômeno capaz de fornecer energia a uma estrela. Pesquisadores acabaram de propor que o Universo primitivo poderia ser povoado por ” estrelas negras “.
Se necessário, isso pode permitirexplicar inconsistências preocupantes nas observações do Telescópio Espacial James Webbmas também para fazer grande progresso no estudo da misteriosa matéria escura.
A missão desta maravilha da engenharia de $ 10 bilhões é rastrear as origens do universo observável, trazendo de volta imagens dos corpos celestes mais distantes já identificados. A luz emitida por esses objetos deve ter viajado por vários bilhões de anos antes de chegar até nós, e isso é uma benção para os astrônomos.
Para ilustrar isso, vamos pegar duas pessoas localizadas em lados opostos do planeta, por exemplo, na França e na Nova Zelândia. Imagine que o primeiro envie pelo correio um belo comunicado com a foto de um recém-nascido, poucas horas após o nascimento. O e-mail demorará um pouco para chegar ao seu destino — mas a imagem obviamente não será atualizada no meio do caminho. O segundo correspondente receberá, portanto, uma foto ligeiramente datada que não não representa a criança no momento da recepção, mas logo após o seu nascimento.
Este conceito também se aplica à astronomia, numa escala muito maior; neste caso, nossa criança é uma galáxia jovem cuja foto — ou melhor, sinal de luz bruto — viajou não por alguns dias, mas por bilhões de anos. Os dados coletados por um telescópio permitem aos astrônomos observar objetos como eram na época do início do Universo. É uma máquina do tempo real. Quanto mais um instrumento é capaz de observar objetos distantes, mais perto podemos chegar das origens do Universo.
O JWST estimula os modelos cosmológicos
Como o JWST é capaz de captar sinais mais distantes do que qualquer outro telescópio, foi capaz de identificar várias galáxias na era canônica. Eles parecem ter aparecido apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Isso pode parecer enorme, mas é muito pouco em comparação com a idade do Universo, que é comumente estimada em 13,7 bilhões de anos.
Observações desse tipo são tesouros para os astrônomos que estudam o início do universo; antes de o JWST entrar na pista, eles nunca tiveram a oportunidade de voltar tanto no tempo. Mas também revelaram inconsistências que os especialistas ainda não conseguiram explicar.
Estas imagens de galáxias com mais de 13 bilhões de anos devem representar galáxias bebês bem pequenas em comparação com galáxias mais próximas, do qual temos, portanto, imagens muito mais recentes. Mas nem sempre é o caso. Alguns desses sinais correspondiam a objetos extremamente massivos. De acordo com Modelo cosmológico ΛCDM que serve de referência hoje, tais objetos precisariam bilhões de anos de evolução para atingir esse nível de maturidade — uma duração incompatível com a idade teórica da “foto”.
Para pegar o exemplo acima, é como se o anúncio do bebê contivesse a foto de um homem barbudo na casa dos trinta. Isso significa que, se essas massas estiverem corretas, há necessariamente algo errado no modelo cosmológico que permite interpretar esta informação. E esse mistério começa a se tornar particularmente pesado.
Estrelas negras para explicar o inexplicável
É aqui que entra a equipe de Cosmin Ilie, astrofísico da Universidade Americana de Colgate. Esses pesquisadores analisaram uma ideia tão exótica quanto fascinante que poderia ajudar a explicar algumas dessas inconsistências. Segundo eles, esses sinais podem vir de um classe de estrelas titânicas, mas ainda hipotéticas. A particularidade deles é que, ao contrário do nosso Sol e de seus congêneres, seu motor não seria a fusão nuclear. Em vez disso, seriaaniquilação da matéria escura.
Ainda é uma substância muito enigmática, mas paradoxalmente muito importante no modelo padrão da física de partículas. Nunca foi observado diretamente. Se este conceito foi desenvolvido, é sobretudo para preencher uma grande lacuna teórica. Permite explicar as propriedades de muitas estruturas cosmológicas que se comportariam de maneira muito diferente sem a influência dessa matéria que nos parece invisível e inerte, daí seu nome.
Essas galáxias são privadas de matéria escura e ninguém sabe por quê
O modelo mais popular para descrever o comportamento da matéria escura é baseado em um conceito chamado Partículas massivas de interação fracaOu WIMP. Segundo essa concepção, a matéria escura seria composta por partículas que tendem a esnobar a matéria clássica, mas que interagem de maneira muito mais marcante entre si. Quando eles colidissem, eles se aniquilariam.
A teoria sugere que esse fenômeno geraria grandes quantidades de calor e hidrogênio. Em grande escala, em um sistema onde a matéria escura é altamente concentrada, essa dinâmica pode ser autossustentável. Isso geraria verdadeiras fornalhas cósmicas capazes de produzir energia fenomenal. Estrelas negras, em suma.
No papel, apenas um desses objetos seria capaz de rivalizar com galáxias inteiras em termos de luminosidade. Eles também seriam muito mais massivos do que uma estrela clássica. “ As estrelas escuras poderiam, teoricamente, atingir milhões de vezes a massa do nosso sol e ser até 10 bilhões de vezes mais brilhantes “, explica o comunicado da Universidade do Texas.
Uma pista atrativa…
Os três corpos no centro deste estudo foram originalmente identificados pelo JWST em dezembro de 2022. Todos esses sinais foram datados entre 320 e 400 milhões de anos após o Big Bang. Eles, portanto, referem-se a alguns dos objetos mais antigos já identificados. No entanto, eles também são extremamente brilhantes e maciços – grandes demais para caber em modelos cosmológicos.
” Ao olhar para os dados, existem duas possibilidades para esses objetos explica Katherine Freese, astrofísica da Universidade do Texas. “ A primeira é que elas são de fato galáxias que contêm bilhões de estrelas comuns. Uma explicação que realmente não nos permitiria avançar, já que essas características são atribuídas a galáxias muito mais maduras.
” A outra é que estamos lidando com estrelas negras “, ela sugere. Se essa teoria é tão atraente, é porque poderia ser uma bom começo da trilha para remover as inconsistências destacadas pelo Webb. Pode-se imaginar que um aglomerado de estrelas escuras poderia ser brilhante e massivo o suficiente para explicar essas observações inesperadas, ajudando assim a resolver o enigma.
Se a interpretação dos pesquisadores for confirmada, será também a primeira observação concreta de uma verdadeira estrela escura. Isso representaria um avanço muito importante para os astrônomos.
Mas o mais interessante é que seria o primeiro elemento tangível onde os astrônomos puderam finalmente estudar a natureza da matéria escura de uma forma muito concreta. E resultados inovadores podem emergir rapidamente deste grande laboratório ao ar livre.
…que continua a ser explorado
Por enquanto, tudo isso é apenas teoria. E os pesquisadores explicam sem rodeios que é aconselhável permanecer cauteloso. “ A hipótese mais provável é que o modelo padrão precise ser ajustado. Algo totalmente novo, como o que oferecemos aqui, sempre será menos provável Freese insiste.
Mas ainda há algo para se animar. ” Se alguns desses objetos semelhantes a galáxias forem de fato estrelas escuras, as simulações de formação de galáxias corresponderiam melhor às observações. “, conclui ela. Resta esperar que os astrônomos voltem a direcionar o JWST sobre esse misterioso trio para trazer esse assunto à tona.
