Galáxia sem metais pode abrigar as primeiras estrelas do universo.

Ao longo de milhares de milhões de anos, o Universo tem passado por uma evolução contínua. Graças à expansão do Universo, conseguimos “olhar” para trás no tempo e observar essa transformação quase desde o início.

De vez em quando, porém, aparece algo que não se encaixa no que hoje entendemos sobre como o Universo deveria funcionar.

É exatamente esse o caso de uma galáxia descrita num novo artigo científico liderado pela doutoranda Sijia Cai, do Departamento de Astronomia da Universidade Tsinghua, em colaboração com colegas.

A equipa identificou uma galáxia que se formou há cerca de 11 mil milhões de anos e que parece ser “livre de metais”, sugerindo que ela pode abrigar um conjunto raro de estrelas de primeira geração (Pop III), há muito procuradas.

O que são as estrelas de População III (Pop III) e por que elas importam?

Antes de entrar na descoberta, vale situar o tema. As estrelas de População III (Pop III) são consideradas a primeira geração de estrelas a surgir no início da história do Universo. O ponto essencial é que elas praticamente não contêm “metais” - termo que, em cosmologia, significa qualquer elemento diferente de hidrogénio e hélio.

Como os elementos mais pesados só podem ser produzidos dentro de estrelas (ou nas supernovas que elas originam), a primeira geração, por definição, não teria como já nascer com esses elementos.

Há décadas, cosmólogos tentam encontrar exemplos de estrelas Pop III, mas até agora não tinham conseguido identificar nenhum caso de forma convincente.

Em geral, as buscas concentram-se num período conhecido como Época da Reionização, que ocorreu até 1 mil milhão de anos após o Big Bang, quando o Universo ainda era muito jovem e, segundo se acredita, as primeiras estrelas começavam a surgir.

A galáxia MPG-CR3 (CR3) e o “atraso” inesperado em relação à Época da Reionização

Por isso, dá para imaginar a surpresa dos autores ao encontrarem uma galáxia que parece ter aparecido cerca de 2 mil milhões de anos depois da Época da Reionização. Nessa altura, o esperado seria que muitas estrelas já tivessem vivido e morrido, e que os seus restos tivessem “contaminado” nuvens próximas de gás e poeira - ou até outras estrelas - com os metais que produziram. Pelo menos, era assim que a teoria sugeria.

Com dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST), do Very Large Telescope (VLT) e do Telescópio Subaru, os investigadores identificaram uma galáxia a que deram o nome MPG-CR3 (ou simplesmente CR3).

O que chamou a atenção foi o espectro dessa galáxia, incomum em comparação com outras do mesmo período. Ele exibia linhas muito limpas de hidrogénio e hélio e, principalmente, quase não mostrava “metais” como oxigénio. Na prática, o limite superior estimado para a metalicidade das estrelas da galáxia indica um valor de 0,7% da metalicidade do Sol.

Há mais um detalhe intrigante: a própria galáxia parece ter apenas cerca de 2 milhões de anos - um objeto relativamente jovem em termos de evolução galáctica.

Conseguimos observá-la numa fase tão inicial, mesmo ela tendo-se formado há milhares de milhões de anos, por causa da expansão do espaço-tempo.

Além disso, a CR3 aparenta ter pouca poeira (“dust-free”) e estrelas relativamente pequenas, o que é especialmente curioso para uma galáxia tão antiga. Muitas galáxias durante o chamado Meio-Dia Cósmico (Cosmic Noon) apresentam estrelas supermassivas em comparação com as da nossa.

A linha de emissão de Hélio II (He II) que não apareceu

Há uma característica importante que não surgiu nos dados da CR3 e que costuma ser vista como peça-chave para detetar quaisquer estrelas Pop III: a linha de emissão de Hélio II (He II).

Embora essa linha crítica não esteja visível nos dados espectrais do VLT - dados que, em condições normais, deveriam permitir a sua deteção - os autores propõem duas explicações. A primeira é que já existe uma linha de emissão forte de “OH” vinda de outra fonte naquela parte do registo, o que acabaria por anular o sinal de He II.

A segunda possibilidade é que o próprio sinal de He II tenha perdido intensidade, já que a sua amplitude cai bastante poucos milhões de anos após a formação estelar.

Como uma galáxia tão “pura” teria escapado da contaminação por metais?

Com isso, fica a pergunta: se as estrelas de primeira geração eram esperadas milhares de milhões de anos antes, como é que esta galáxia, em particular, evitou a “poluição” por metais produzidos por estrelas formadas muito antes - e conseguiu gerar estrelas “pristinas” tão tarde na evolução do Universo?

Na interpretação dos autores, a resposta está no isolamento. Em termos simples, a CR3 estaria posicionada numa espécie de bolso vazio do espaço.

Tecnicamente, isso é chamado de “região subdensa” (“underdense region”). A ideia é que, quando a nuvem de gás que deu origem à CR3 colapsou e começou a formar estrelas, os metais vindos de áreas vizinhas, com formação estelar ativa, ainda não tinham chegado até lá.

A CR3 teria permanecido afastada das suas vizinhas e, graças a essa separação, conseguiu formar a sua própria primeira geração de estrelas, independentemente do que acontecia no resto do Universo.

O que ainda falta para confirmar a primeira galáxia Pop III

Ainda são necessários mais dados para confirmar que esta é, de facto, a primeira galáxia Pop III já descoberta. Mas, se a confirmação vier, será um enorme ganho para a ciência: ter uma galáxia cheia dessas estrelas tão interessantes muito mais perto do que se esperava originalmente tornaria o seu estudo muito mais acessível.

Se pesquisas adicionais conseguirem confirmar a linha de He II, ou oferecer uma explicação incontestável para o motivo de ela não aparecer - cosmólogos deverão passar muito tempo a observar esta galáxia ao mesmo tempo tão jovem e tão antiga.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universe Today. Leia o artigo original.