Um artigo publicado recentemente no periódico científico The Astrophysical Journal Letters relata indícios da presença de estrelas extremamente massivas no início do cosmos, apelidadas de “dinossauros” por terem sido astros gigantes do Universo primordial, hoje extintos. Observadas indiretamente com o Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, essas estrelas teriam surgido logo após o Big Bang e vivido por um período extremamente curto em termos cósmicos.

Assim como aqueles gigantescos animais pré-históricos, as estrelas descritas no estudo teriam sido enormes, raras e restritas a uma fase muito antiga da história do Universo. Os cientistas estimam que elas podiam alcançar massas entre mil e 10 mil vezes a do Sol. Valores tão elevados não são observados em estrelas atuais, o que reforça a ideia de que se tratava de uma população estelar única.

Representação artística do Telescópio Espacial James Webb, que investiga o Universo primordial desde 2022. Crédito: Vadim Sadovski – Shutterstock

Em resumo:

Estudo revela estrelas supermassivas observadas indiretamente pelo telescópio James Webb;

Esses astros raros viveram brevemente após Big Bang inicial;

Embora extintos, deixaram buracos negros como vestígios duradouros cósmicos;

Assinatura química anômala indica origem estelar desconhecida nessa galáxia;

Modelos teóricos explicam produção excessiva nitrogênio por estrelas gigantes;

Colapso direto desses astros favoreceu surgimento precoce buracos negros.

Apesar de terem desaparecido há bilhões de anos, essas estrelas teriam deixado vestígios duradouros. Em vez de fósseis físicos, como ocorre na Terra, seus rastros seriam buracos negros formados após o colapso desses objetos extremos.

A existência dessas estrelas pode ajudar a explicar um dos maiores mistérios da astronomia. Buracos negros supermassivos, com milhões de vezes a massa do Sol, já estavam presentes quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos.

Em vez de explodirem como supernovas (fenômeno ilustrado na imagem acima), muitas “estrelas dinossauros” teriam colapsado diretamente em buracos negros. Crédito: ManowKem – Shutterstock

Galáxia do início do Universo apresenta química diferente

A principal evidência observacional vem de uma galáxia chamada GS 3073. Ela está localizada a cerca de 12,7 bilhões de anos-luz da Terra e é observada como era apenas 1,1 bilhão de anos após o Big Bang.

Ao analisar a luz dessa galáxia com o Webb, os pesquisadores identificaram uma composição química incomum. O destaque foi um desequilíbrio extremo entre nitrogênio e oxigênio no gás da galáxia. A razão entre esses dois elementos é muito maior do que a explicada por estrelas conhecidas. Nenhum modelo tradicional de evolução estelar consegue reproduzir esse padrão químico observado em GS 3073.

Segundo os cientistas, a composição química funciona como uma impressão digital do passado. No caso dessa galáxia, a assinatura aponta para estrelas muito diferentes das que existem hoje.

“Nossa descoberta fornece a primeira evidência observacional de que estrelas verdadeiramente supermassivas existiram no início do Universo”, afirmou Daniel Whalen, autor principal do estudo e professor da Universidade de Portsmouth, Inglaterra, em comunicado. “Elas brilharam intensamente por pouco tempo antes de colapsarem em buracos negros.”

Para entender esse cenário, a equipe criou modelos teóricos de estrelas com massas entre mil e 10 mil vezes a do Sol. O objetivo foi calcular quais elementos químicos esses astros produziriam ao longo de suas vidas.

Os modelos indicam um mecanismo eficiente de produção de nitrogênio. No núcleo dessas estrelas, o hélio se transforma em carbono, que migra para regiões onde o hidrogênio ainda está em fusão. A interação entre carbono e hidrogênio gera grandes quantidades de nitrogênio. Esse material é distribuído pelo interior da estrela e depois liberado no espaço, enriquecendo o gás ao redor.

Diagrama mostra como as primeiras estrelas enriqueceram a composição química de suas galáxias. Crédito: Universidade de Portsmouth

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Estrelas gigantescas não explodiram em supernovas

Esse processo pode ter ocorrido por milhões de anos, explicando a elevada concentração de nitrogênio em GS 3073. Estrelas menores ou ainda mais massivas não produzem o mesmo efeito químico.

O estudo também sugere como essas estrelas “dinossauros” terminaram suas vidas. Em vez de explodirem como supernovas, muitas teriam colapsado diretamente em buracos negros. Sem uma explosão para dispersar matéria, esses buracos negros já nasceriam muito grandes. Isso lhes daria uma vantagem inicial para crescer rapidamente.

No centro de GS 3073 há um buraco negro supermassivo ativo. Ele pode ser resultado da fusão de vários buracos negros formados a partir dessas estrelas primitivas.

Agora, os pesquisadores pretendem buscar outras galáxias antigas com excesso de nitrogênio. Encontrar novos casos semelhantes reforçará a hipótese de que estrelas “dinossauros” existiram e ajudaram a moldar o Universo jovem.

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