Pesquisa internacional indica que as estrelas da População III (as primeiras do cosmos) formaram sistemas binários, redefinindo teorias sobre a evolução das galáxias e dos buracos negros.
Graças a telescópios como o James Webb (JWST), estamos desvendando um dos períodos mais enigmáticos da história cósmica: a Idade das Trevas do Universo, também chamada de Época da Reionização. Foi nesse tempo, cerca de 100 a 200 milhões de anos após o Big Bang, que as primeiras estrelas e galáxias começaram a brilhar, transformando um cosmos escuro e amorfo em um universo luminoso e estruturado.
Agora, um novo estudo liderado por astrônomos da Universidade de Tel Aviv sugere que essas primeiras estrelas (conhecidas como População III) não nasceram sozinhas, mas em pares. Essa descoberta tem implicações profundas para a astrofísica moderna, pois redefine o modo como entendemos a formação estelar, a evolução galáctica e até a origem dos primeiros buracos negros supermassivos.
As estrelas da População III são um mistério absoluto. Nenhuma delas foi observada diretamente (todas já morreram há bilhões de anos), mas modelos teóricos indicam que eram colossais, com até mil vezes a massa do Sol, extremamente quentes, luminosas e de vida curta.
Essas estrelas foram as primeiras fábricas de elementos pesados do universo. Quando explodiram em supernovas, lançaram ao espaço os elementos químicos que permitiram, mais tarde, a formação de planetas rochosos e moléculas orgânicas complexas, os ingredientes básicos da vida.
“Essas primeiras estrelas foram o ponto de partida de tudo o que existe hoje, inclusive nós”, explica o astrofísico Tomer Shenar, autor principal do estudo.
Durante muito tempo, os cientistas se perguntaram: as primeiras estrelas do Universo nasceram isoladas, como faróis solitários, ou acompanhadas, como a maioria das estrelas atuais?
Hoje sabemos que cerca de 85% das estrelas massivas vivem em sistemas binários, duas estrelas orbitando um centro comum de gravidade. Nessas duplas, as estrelas podem trocar matéria, acelerar sua evolução e até fundir-se, criando fenômenos extremos, como supernovas, estrelas de nêutrons e buracos negros.
Mas confirmar se isso também acontecia no Universo primordial, quando a composição química era praticamente pura (apenas hidrogênio e hélio), era uma tarefa quase impossível. Até agora.
Para investigar essa questão, o Dr. Shenar e uma equipe internacional lançaram o projeto BLOeM (Binarity at LOw Metallicity), uma colaboração entre cientistas da Universidade KU Leuven (Bélgica), Universidade de Amsterdã, ESO, Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI) e outras instituições ao redor do mundo.
A equipe observou cerca de 1.000 estrelas massivas na Pequena Nuvem de Magalhães (PNM), uma galáxia vizinha à Via Láctea. Essa galáxia foi escolhida porque possui baixa metalicidade, ou seja, contém poucos elementos pesados, uma característica semelhante à das primeiras galáxias do Universo.
Usando o Very Large Telescope (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO), os pesquisadores coletaram espectros detalhados dessas estrelas, medindo variações sutis em suas linhas espectrais, indicadores de movimentos orbitais periódicos.
A análise revelou que pelo menos 70% das estrelas massivas da amostra fazem parte de sistemas binários próximos. Essa proporção é surpreendentemente alta, e representa a primeira evidência direta de que estrelas podem se formar em pares mesmo em ambientes pobres em metais, como o Universo primordial.
“Foi emocionante descobrir que as condições extremas do início do cosmos não impediram o nascimento de estrelas duplas, pelo contrário, podem até tê-lo favorecido”, afirma Shenar.
Os resultados, publicados na revista Nature Astronomy, indicam que as primeiras gerações de estrelas provavelmente se comportaram de maneira muito semelhante às atuais, embora fossem muito mais massivas e efêmeras.
A implicação dessa descoberta é profunda. Estrelas binárias do tipo População III podem ter sido as precursoras diretas dos primeiros buracos negros supermassivos (SMBHs), aqueles que hoje habitam o centro das galáxias.
Quando duas estrelas massivas em um sistema binário se fundem, o colapso gravitacional pode gerar um objeto muito mais massivo do que uma única estrela produziria sozinha, acelerando a formação desses gigantes cósmicos.
Além disso, as interações binárias também alteram o ciclo químico das galáxias. Supernovas duplas liberam quantidades ainda maiores de elementos pesados no espaço, enriquecendo o gás interestelar e abrindo caminho para a formação de planetas e moléculas orgânicas complexas.
Durante seu primeiro ciclo de observações, o Telescópio Espacial James Webb já capturou galáxias extremamente antigas e ricas em estrelas massivas, algumas formadas apenas 300 milhões de anos após o Big Bang.
Essas observações fornecem contexto essencial para o trabalho do BLOeM, ao mostrar como a presença de múltiplas estrelas massivas moldou o brilho e a evolução das galáxias mais jovens do cosmos.
O Webb, com seu poder infravermelho sem precedentes, pode futuramente identificar assinaturas químicas e espectrais que indiquem a presença indireta dessas antigas estrelas binárias.
O estudo marca um passo crucial na compreensão da origem das primeiras luzes do Universo. As estrelas da População III podem ter sido menos solitárias do que imaginávamos, e essa sociabilidade estelar pode ter sido a semente de toda a complexidade cósmica que viria depois.
“Se o Universo primitivo foi dominado por estrelas binárias, isso muda tudo, desde a forma como as galáxias cresceram até como os primeiros buracos negros surgiram”, conclui Shenar.
Em outras palavras, as primeiras estrelas do cosmos talvez não tenham apenas iluminado a escuridão, elas a compartilharam em pares.
Sobre a Imagem: Esta ilustração artística mostra uma estrela de População III, 300 vezes mais massiva que o nosso Sol, explodindo como uma supernova de instabilidade de pares. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani/Spaceengine.
Link do Estudo: https://www.nature.com/articles/s41550-025-02610-x
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