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As estrelas brilham intensamente na escuridão do espaço graças à fusão, átomos se fundindo e liberando energia. Mas e se houver outra maneira de alimentar uma estrela?
Uma equipe de astrofísicos, incluindo Katherine Freese, da Universidade do Texas em Austin, analisou imagens do Telescópio Espacial James Webb (JWST) e encontrou três objetos brilhantes que podem ser “estrelas escuras”, objetos teóricos muito maiores e mais brilhantes que o nosso sol, alimentados por partículas de matéria escura aniquilando. Se confirmadas, as estrelas escuras podem revelar a natureza da matéria escura, um dos problemas não resolvidos mais profundos de toda a física.
“Descobrir um novo tipo de estrela é bastante interessante por si só, mas descobrir a matéria escura que alimenta isso seria enorme”, disse Freese, diretor do Weinberg Institute for Theoretical Physics e Jeff and Gail Kodosky Endowed Chair in Physics na UT Austin.
Embora a matéria escura represente cerca de 25% do universo, sua natureza iludiu os cientistas. Os cientistas acreditam que ele consiste em um novo tipo de partícula elementar, e a caçada para detectar tais partículas continua. Entre os principais candidatos estão as Partículas Massivas de Interação Fraca. Quando colidem, essas partículas se aniquilam, depositando calor em nuvens de hidrogênio em colapso e as convertendo em estrelas escuras brilhantes. A identificação de estrelas escuras supermassivas abriria a possibilidade de aprender sobre a matéria escura com base em suas propriedades observadas.
A pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences . Junto com Freese, os co-autores são Cosmin Ilie e Jillian Paulin da Colgate University.
Observações de acompanhamento do JWST das propriedades espectroscópicas dos objetos – incluindo quedas ou excesso de intensidade de luz em certas bandas de frequência – podem ajudar a confirmar se esses objetos candidatos são realmente estrelas escuras.
Confirmar a existência de estrelas escuras também pode ajudar a resolver um problema criado pelo JWST: parece haver muitas galáxias grandes muito cedo no universo para caber nas previsões do modelo padrão de cosmologia.
“É mais provável que algo dentro do modelo padrão precise de ajuste, porque propor algo totalmente novo, como fizemos, é sempre menos provável”, disse Freese. “Mas se alguns desses objetos que se parecem com galáxias primitivas são na verdade estrelas escuras, as simulações de formação de galáxias concordam melhor com as observações”.
As três estrelas escuras candidatas (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0) foram originalmente identificadas como galáxias em dezembro de 2022 pelo JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Usando análise espectroscópica, a equipe JADES confirmou que os objetos foram observados em tempos que variam de cerca de 320 milhões a 400 milhões de anos após o Big Bang , tornando-os alguns dos primeiros objetos já vistos.
“Quando olhamos para os dados de James Webb, existem duas possibilidades concorrentes para esses objetos”, disse Freese. “Uma é que são galáxias contendo milhões de estrelas comuns de população III. A outra é que são estrelas escuras. E acredite ou não, uma estrela escura tem luz suficiente para competir com uma galáxia inteira de estrelas.”
As estrelas escuras poderiam, teoricamente, crescer até vários milhões de vezes a massa do nosso sol e até 10 bilhões de vezes mais brilhantes que o sol.
A ideia das estrelas negras surgiu em uma série de conversas entre Freese e Doug Spolyar, na época um estudante de pós-graduação na Universidade da Califórnia, em Santa Cruz. Eles se perguntaram: o que a matéria escura faz com as primeiras estrelas a se formar no universo? Então eles procuraram Paolo Gondolo, um astrofísico da Universidade de Utah, que se juntou à equipe. Após vários anos de desenvolvimento, eles publicaram seu primeiro artigo sobre essa teoria na revista Physical Review Letters em 2008 .
FONTES:
https://news.utexas.edu/2023/07/14/james-webb-telescope-catches-glimpse-of-possible-first-ever-dark-stars/#:~:text=%E2%80%9CDiscovering%20a%20new%20type%20of,in%20Physics%20at%20UT%20Austin.
https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2305762120
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