O Telescópio Espacial James Webb (JWST) pode ter identificado a “prova definitiva” de um objecto hipotético chamado estrela escura no Universo distante. Se essa interpretação for confirmada, a descoberta tem potencial para esclarecer vários enigmas fundamentais da física.
O que é uma estrela escura (e por que ela ainda brilha)
Apesar do nome parecer contraditório, uma estrela escura não seria invisível: ela emitiria luz e energia. A diferença é a fonte dessa energia. Em vez de ser sustentada por fusão nuclear, como uma estrela comum, ela poderia ser alimentada por um núcleo onde partículas de matéria escura interagem e se autoaniquilam.
“Estrelas escuras supermassivas são extremamente brilhantes, gigantes e, ainda assim, ‘fofas’ - nuvens inchadas compostas principalmente de hidrogénio e hélio - que são sustentadas contra o colapso gravitacional por quantidades mínimas de matéria escura autoaniquilante no seu interior”, afirma Cosmin Ilie, astrofísico da Universidade Colgate, nos EUA.
JWST, estrela escura e o sinal em hélio a 1.640 Å (164 nm)
Pouco depois de entrar em operação em 2021, o JWST começou a observar mais longe no espaço e no tempo do que qualquer instrumento anterior. Nessa busca, surgiu algo inesperado: objectos que pareciam galáxias enormes muito perto do “amanhecer cósmico”, numa época em que, literalmente, não teria havido tempo suficiente para estruturas tão grandes crescerem segundo os modelos habituais.
Astrofísicos propuseram então uma explicação possível para parte desses alvos: estrelas escuras. Se existirem, elas poderiam atingir até um milhão de massas solares, e a grandes distâncias poderiam parecer galáxias nas imagens.
Um novo estudo analisou os espectros e a morfologia de quatro dos objectos mais distantes já observados. Os autores concluem que os quatro são compatíveis, em diferentes graus, com a hipótese de estrela escura. Um deles é consistente com uma fonte pontual, enquanto os outros três aparecem um pouco mais difusos - o que permitiria interpretá-los como estrelas escuras envoltas por nebulosas de hidrogénio e hélio ionizados.
O ponto mais intrigante, porém, veio de um dos alvos: foi identificada uma característica de absorção de luz no comprimento de onda de 1.640 Å (equivalente a 164 nm). Esse traço é considerado um forte indício associado a estrelas escuras e seria produzido por hélio ionizado uma vez (He II) na atmosfera desses objectos.
“Embora a relação sinal-ruído dessa característica seja relativamente baixa, é a primeira vez que encontramos uma possível assinatura do tipo ‘prova definitiva’ de uma estrela escura. O que, por si só, é notável”, diz Ilie.
Vale notar que a linha de He II em 1.640 Å é especialmente valiosa porque funciona como um marcador de condições físicas extremas: requer radiação suficientemente energética para ionizar o hélio, e por isso ajuda a diferenciar cenários (como certas populações estelares, núcleos activos e, potencialmente, estrelas escuras) quando combinada com a forma do espectro e com o aspecto morfológico do objecto.
Galáxias ou estrelas escuras? O dilema e o que está em jogo
Os investigadores reconhecem que os quatro objectos também podem ser interpretados como galáxias. Contudo, essa leitura levanta outras perguntas: como galáxias tão massivas e luminosas teriam crescido tão cedo? A hipótese das estrelas escuras, embora ainda teórica, oferece uma rota alternativa que pode aliviar parte dessa tensão.
Além de poderem fornecer pistas sobre a própria natureza da matéria escura, as estrelas escuras teriam outro efeito decisivo quando chegasse o fim da sua evolução: em teoria, poderiam colapsar e formar buracos negros já com uma massa inicial enorme. Isso é relevante porque já foram encontrados buracos negros supermassivos muito cedo na história do Universo, com massas que parecem difíceis de explicar pelos modelos actuais de crescimento gradual. Estrelas escuras poderiam funcionar como um “atalho” para criar sementes muito mais massivas desde o começo.
Uma verificação mais robusta exigirá novas observações: espectros com melhor qualidade (maior relação sinal-ruído), confirmação independente da presença de He II e medições mais precisas da extensão espacial desses alvos. Seja qual for a conclusão final - estrelas escuras ou galáxias invulgares - os resultados apontam para a necessidade de ajustar o que pensamos saber sobre a formação de estruturas e sobre a física do Universo primordial.
A pesquisa foi publicada na revista PNAS.
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