Encontrados Indícios de Estrelas Gigantes Primordiais em Nossa Galáxia

 

João Luiz Kohl Moreira

COAA-ON

 

A história da nossa galáxia guarda semelhanças com a história natural na Terra. Se na Terra encontramos indícios de outrora ter sido dominada por répteis de porte abismal, na galáxia temos indícios da existência de uma população estelar de proporções inimagináveis.

Entretanto, se na Terra os indícios são fragmentos de ossos, e mesmo ossadas quase completas, provas irrefutáveis de sua existência, no caso dos “monstros” estelares, ficamos em não mais do que evidências indiretas. Na galáxia não encontramos pedaços de antigas estrelas largados por aí. É como se, no lugar de ossadas, tivéssemos que saber quais espécies vegetais dominaram a região no tempo dos dinossauros apenas observando o tipo de solo de hoje.

Em outras palavras, no caso da história da galáxia, o que temos é uma relação de abundância de elementos químicos e uma teoria consistente com essa abundância observada. Temos nos dias de hoje uma segunda (e terceira) geração de estrelas, que – como hoje somos descendentes de primatas que, sob o olhar dos dinossauros, não passavam de minúsculas e frígidas criaturas noturnas – povoam nossa galáxia formando-se e alimentando-se do material produzido pela população primordial.

Uma primeira pista, para descortinar o passado da galáxia, é saber como se distribui sua massa total. Imagine que, no início, tudo era uma grande massa de gás, digamos, de hidrogênio, algum hélio e, em bem menor proporção, lítio. Essa é a constituição da matéria após o “big-bang”, de acordo com essa teoria da formação do universo. Essa grande nuvem de gás vai experimentando micro aglutinação de suas partes, mais ou menos como as gotas de chuva se formam numa nuvem. De acordo com as condições do ambiente local, e de sua constituição química, a nuvem primordial terá uma certa concentração de estrelas com maior e menor massa. Os astrofísicos não sabem como era essa distribuição, mas observando o brilho em nossa galáxia, em aglomerados globulares e em galáxias vizinhas eles têm uma estimativa. Uma coisa é certa, essa função de distribuição de massa é contínua. Não há “quebra” no seu comportamento.

Seguindo a evolução da galáxia, os astrofísicos conseguem deduzir duas coisas: qual deveria ser a distribuição atual de massa nas estrelas e qual é a constituição química a partir dos elementos sintetizados nos núcleos das estrelas na sua atividade e nas supernovas. Sabemos que estrelas de massa inicial, excedendo cerca de 40% à do Sol, terminam suas existências numa explosão espetacular que chamamos supernovas. Quanto maior a massa, maior a explosão e menor o tempo de vida. Uma estrela de 60 massas solares explode em um tempo equivalente a mais de 4.000 vezes menor que o tempo estimado de existência do sol. Durante a explosão certos elementos são sintetizados fechando a conta da distribuição de abundância que observamos.

Depois de muitos cálculos e simulações os astrofísicos encontraram uma função de distribuição de massa que é compatível com a que observamos, desde que uma certa quantidade de estrelas supermassivas tenha estado presente nos primórdios da galáxia. Pelos cálculos estaríamos já na terceira geração. Em outras palavras, as estrelas que observamos hoje na galáxia seriam as “netas” do que foi a primeira geração. Dessa primeira geração, supernovas teriam enriquecido o gás constituinte da galáxia de elementos químicos que integrariam uma segunda geração que, com suas estrelas massivas que se transformaram em outras supernovas, enriqueceram o material ainda mais, para, finalmente, produzir a atual população estelar.

Na medida que as gerações evoluem, as estrelas mais massivas desaparecem primeiro, explodindo em supernovas. As mais “leves”, isto é, de massa equivalente à do sol, vão evoluindo mais devagar e vão, aos poucos, chegando ao estado de anãs brancas, estrelas que não mais estão em atividade, perderam sua atmosfera e cujos núcleos brilham por causa de sua alta temperatura, mas vão esfriando até se obscurecerem por completo. É o que se acredita ter acontecido com toda a população da primeira geração.

Uma grande coisa seria encontrar uma estrela dessa segunda geração. Ela tem que ter massa equivalente à do sol para que, tendo evolução mais lenta, seja capaz de continuar a existir. Até agora apenas estrelas de terceira geração tinham sido encontradas.

Foi o que fez uma equipe do Observatório Nacional do Japão, em Tókio, liderada pelo astrônomo Wako Aoki, por meio de uma técnica que eles chamam de Arqueologia Estelar. Eles conseguiram isolar a estrela SDSS J0018-0939 e sua atmosfera quase totalmente “limpa” de material da segunda geração pós-primordial da galáxia. Uma atmosfera dessas, quando encontrada, é associada à composição inicial da galáxia, assim como sabemos que uma casa é nova porque não há qualquer traço de alguém a tenha habitado. Não é fácil, porque há muitas maneiras de “camuflar” o uso de uma casa. Uma varredura bem feita, no entanto, pode mostrar essa condição. O mesmo podemos dizer da atmosfera de uma estrela.

Para chegar a essa conclusão, Aoki e sua equipe examinaram o espectro da estrela, que está no catálogo do “Sloan Digital Sky Survey”, um projeto dos Estados Unidos da América mantido pela Fundação Alfred Sloan. Como a própria apresentação do projeto diz, trata-se do maior projeto de varredura do céu. Os dados são disponibilizados ao domínio público tão logo estão prontos para distribuição. Quem quiser, acessa o catálogo e faz as análises que lhe convém. A única exigência é a conformidade dos créditos segundo procedimento dado pela Fundação. Aoki e sua equipe soube bem o que fazer.

Ler mais: Science 345 , 912 (2014);

 DOI: 10.1126/science.1252633