Um novo estudo liderado por Cosmin Ily, professor assistente de física e astronomia na Colgate, trabalhando com Jillian Poulin ’23 da Universidade da Pensilvânia, Andrea Petric do Space Telescope Science Institute e Kathryn Freese da Universidade do Texas em Austin, propõe um conceito único que poderia resolver três grandes mistérios da Universidade de Ira. Os investigadores sugerem que as estrelas escuras podem ajudar a explicar o aparecimento de galáxias “monstros azuis” inesperadamente brilhantes, o aparecimento de buracos negros supermassivos em tempos muito antigos e objetos estranhos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” vistos em imagens do Telescópio Espacial James Webb (JWST).
As primeiras estrelas formam-se em regiões dominadas pela matéria escura, particularmente nos centros de pequenas estruturas de matéria escura chamadas microhalos. Várias centenas de milhões de anos-luz após o Big Bang, nuvens de hidrogénio e hélio arrefeceram o suficiente para começarem a colapsar sob a sua própria gravidade. Este processo levou ao nascimento das primeiras estrelas e deu início ao amanhecer cósmico, um período formativo na história do universo.
Durante este período, as condições permitiram a formação de um tipo raro de estrela. Estas estrelas podem ser alimentadas não apenas pela fusão nuclear, mas também pela energia libertada quando as partículas de matéria escura são destruídas. Conhecidos como estrelas escuras, esses objetos podem atingir tamanhos enormes e evoluir naturalmente para sementes que se tornam buracos negros supermassivos.
JWST revela galáxias iniciais inesperadas
O JWST observou os objetos mais distantes já estudados, proporcionando uma visão sem precedentes do universo primitivo. Estas observações desafiaram teorias de longa data sobre como as primeiras estrelas e galáxias se formaram. Uma das descobertas mais surpreendentes é uma grande população de galáxias conhecidas como “gigantes azuis”. Estas galáxias são extremamente brilhantes, muito compactas e contêm pouca poeira.
Antes do JWST, nenhuma simulação ou modelo teórico previa que galáxias com essas propriedades deveriam ter existido na história cósmica. A sua descoberta forçou os astrónomos a repensar a rapidez com que as estrelas e as galáxias se podem formar.
Muitos buracos negros e pequenos pontos vermelhos
Os dados do JWST intensificaram um mistério contínuo envolvendo buracos negros supermassivos. Algumas das galáxias mais antigas observadas parecem hospedar buracos negros muito maiores do que a sua idade. Explicar como se espera que as sementes dos buracos negros supermassivos (SMBHs) se formem tão rapidamente é um grande desafio.
Além disso, o JWST revelou uma nova categoria de objetos compactos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” (LRDs). Estas fontes livres de poeira datam do início do cosmos e são incomuns porque emitem muito pouca radiação de raios X, o que os astrónomos não esperavam com base nos modelos existentes.
Por que o modelo atual é menor?
Tomados em conjunto, a galáxia gigante azul, o buraco negro supermassivo inicial e o ponto ligeiramente vermelho indicam sérias lacunas nas teorias pré-JWST sobre a formação de galáxias iniciais e de buracos negros. Os resultados sugerem que os modelos amplamente aceitos precisam de uma atualização substancial em relação ao que o JWST está vendo agora.
“Alguns dos mistérios mais significativos levantados pelos dados do amanhecer cósmico do JWST são, na verdade, características da teoria da estrela escura”, disse Ealy.
Evidências crescentes de estrelas escuras
Embora as estrelas escuras ainda não tenham sido confirmadas por observação direta, novas pesquisas reforçam o caso da sua existência. Identificou separadamente duas candidatas a estrelas escuras fotométricas e espectroscópicas PNAS Estudos publicados em 2023 e 2025 respectivamente.
Os autores descrevem em detalhe como as estrelas escuras podem ser responsáveis pelas propriedades das primeiras galáxias que hospedam galáxias gigantes azuis, pequenos pontos vermelhos e buracos negros massivos. O artigo também apresenta a análise espectroscópica mais recente, relatando evidências de características distintas de absorção de hélio no espectro de JADES-GS-13-0. Uma característica semelhante foi identificada anteriormente em JADES-GS-14-0.
Por que as estrelas escuras são importantes
As estrelas escuras são um dos objetos teóricos mais interessantes da astrofísica moderna. Se confirmados, poderão oferecer uma forma de sondar diretamente as propriedades das partículas de matéria escura. Isto complementará os esforços em curso para detectar a matéria escura em experiências laboratoriais na Terra através da detecção directa ou da produção de partículas, e poderá ajudar a ligar as observações cosmológicas à física fundamental.
