Precisamos conversar sobre a idade das trevas. Não nãoEssa idade das trevas após a queda do império romano ocidental. E precisamos falar sobre o amanhecer cósmico: o nascimento daquelas primeiras estrelas, uma época tumultuada que reformulou completamente o rosto do cosmos em sua forma moderna.
Essas primeiras estrelas podem ter sido completamente diferentes de tudo o que vemos no universo atual. E, se tivermos sorte, poderemos vê-los pela primeira vez.
Primeiro, precisamos criar um pouco de mistério.
Todos nós sabemos até agora como os buracos negros existem. Uma estrela gigante, em algum lugar ao norte de oito vezes a massa do nosso sol, vive sua vida breve, mas previsível, fundindo hidrogênio em hélio. Depois, fica sem hidrogênio e começa a fundir hélio. Depois, fica sem hélio e começa a queimar coisas mais pesadas, subindo pela tabela periódica até atingir o ferro. A fusão do ferro suga energia em vez de liberar energia e, portanto, nada pode parar o terrível colapso gravitacional da estrela. Tudo é reduzido a um pequeno volume e agora você tem um buraco negro.
Com o tempo, esse buraco negro pode encontrar e consumir outros buracos negros, ou apenas sugar o material interestelar circundante, aumentando em vigor o tempo todo. Com tempo e comida suficientes, o buraco negro pode inchar para se tornar um gigante - um gigante supermassivo. Essas criaturas espreitam nos corações das galáxias e facilmente inclinam as escamas com mais de um milhão de vezes a massa do nosso sol.
O material novo continua a cair - só porque o buraco negro é gigantesco, não significa que sua fome é saciada - e quando o gás cai na boca aberta do buraco negro, ele se comprime e se aquece, brilhando mais do que o valor de uma galáxia. estrelas. Esse objeto tem vários nomes - quasar, blazar, núcleo galáctico ativo - mas todos significam a mesma coisa: um buraco negro gigante éalimentando.
Tudo bem, bom e um pouco aterrorizante, mas aqui está um problema. Vemos quasares no universo muito distante, o que significa que vemos quasares no própriojovem universo, quando não tinha nem um bilhão de anos (sim, isso é jovem para um universo). E o processo que acabei de descrever acima (formar grandes estrelas, deixá-las viver e morrer, criar um buraco negro, deixá-lo alimentar em proporções gigantescas) leva muito mais tempo que um bilhão de anos.
Como nosso universo produziu buracos negros monstruosos tão rapidamente?
Se a rota usual de estrela-> buraco negro-> quasar não parece funcionar no universo primitivo, é hora de considerar alternativas. Atalhos. Existem rotas mais rápidas para criar os grandes buracos negros que nossas observações exigem. E a maneira mais rápida de criar um buraco negro supermassivo é começar com uma estrela supermassiva.
Quão supermassivo? Que tal cerca de 100.000 massas solares, isso é grande o suficiente para você?
Estrelas como essa simplesmente não existem no universo de hoje. Se você tentar empinar tudo issocoisa em um volume compacto o suficiente para transformá-lo em uma estrela, as interações e as instabilidades o fragmentarão como uma massa de biscoito desintegrada em suas mãos, formando muitas estrelas normais em vez de uma única estrela. É por isso que pensamos que estrelas com mais de 100 massas solares são, embora possíveis, extremamente raras hoje em dia.
Mas a era do Amanhecer Cósmico foi uma época diferente. Por um lado, ainda não existiam elementos pesados - as forjas nucleares não estavam operando por tempo suficiente para poluir as vias navegáveis interestelares. A radiação desses elementos extras é uma ótima maneira de resfriar uma nuvem de gás e desencadear sua fragmentação em pedaços menores. Segundo, o jovem cosmos foi inundado com radiação ultravioleta de alta energia proveniente do nascimento repentino de outras estrelas menores. Essa radiação separa o hidrogênio molecular, outro caminho importante para resfriar e fragmentar uma gigantesca nuvem de gás.
Portanto, embora sejam raras, as condições podem ter sido exatamente no final da idade das trevas cósmica para formar estrelas gigantes e até supergigantes: material suficiente poderia ter fluído para um volume pequeno o suficiente sem se separar, dando origem a uma estrela enorme.
Essas estrelas gigantes levaram vidas curtas e entraram em colapso diretamente para formar grandes buracos negros, abrindo caminho para a prática de quasares.
Parece uma ótima idéia, mas na ciência as grandes idéias precisam confrontar as evidências antes que possamos começar a acreditar nelas. Nesse caso, seria muito útil ter uma fotografia de uma dessas estrelas gigantescas antes eles se transformaram em buracos negros e depois em quasares.
Isso é difícil, porém, porque a idade em que essas estrelas viveram e morreram está longe de nós. E essas estrelas, embora ainda gigantes para os padrões estelares, eram muito pequenas, tornando-as ainda mais difíceis de detectar nessas distâncias extremas.
Mas, pela primeira vez, podemos ter uma chance de sorte. Simulações recentes dessas estrelas estranhas revelam que elas são surpreendentemente frias, com uma temperatura de superfície entre 6.000 e 8.000 Kelvin, dando a suas superfícies um brilho vermelho intenso. E devido ao seu volume incrível, eles são muito brilhantes, cheios de luz a uma intensidade de dez bilhões de sóis. Essa combinação de brilho e vermelhidão profunda significa que eles são potencialmente visíveis em comprimentos de onda infravermelhos para algumas missões futuras.
Missões como o James Webb Space Telescope, um instrumento projetado especificamente para caçar as primeiras estrelas. Se estrelas supergigantes existissem naquelas eras longínquas, e se algumas delas tivessem a sorte de sobreviver na era em que seus irmãos já começaram a se transformar em buracos negros monstruosos, colocando-os apenas um pouco mais à vista, há uma chance de que possamos diretamente tirar uma foto deles.
Que visão seria essa.
Leia mais: “Sobre a detecção de estrelas primordiais supermassivas”
