JWST observa a supernova mais remota do universo

Um brilho intenso do Amanhecer Cósmico

Em 14 de março de 2025, um satélite chamado SVOM registrou um brilho breve e muito intenso de raios gama — uma explosão de raios gama longa que mais tarde seria catalogada como GRB 250314A. Em poucas horas, telescópios na Terra e no espaço voltaram-se para o local. Observações de acompanhamento identificaram um brilho residual infravermelho e, crucialmente, um desvio para o vermelho muito alto: cerca de 7,3. Essa combinação colocou a explosão profundamente na era que os astrônomos chamam de Amanhecer Cósmico, quando o universo tinha apenas cerca de 730 milhões de anos. Uma campanha coordenada de observações, incluindo imagens com o Telescópio Espacial James Webb, identificou agora a explosão como a assinatura eletromagnética de uma supernova — a explosão desse tipo mais antiga vista até agora.

Como a descoberta se desenrolou

As explosões de raios gama (GRBs) são divididas em duas grandes famílias: eventos curtos de menos de dois segundos, geralmente ligados a fusões compactas, e eventos longos com duração superior a dois segundos que estão associados à morte de estrelas muito massivas. A detecção do SVOM em 14 de março exibiu as características temporais e espectrais de uma explosão longa. Em poucos dias, observadores usando o Nordic Optical Telescope garantiram um brilho residual infravermelho e o Very Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul, mediu um desvio para o vermelho próximo de 7,3, situando a fonte a um tempo de viagem da luz de cerca de 13,07 bilhões de anos.

Familiaridade surpreendente no primeiro bilhão de anos do Universo

Um dos resultados mais marcantes é o quão comum a supernova parece ser. No início do universo, espera-se que as populações estelares tenham sido pobres em elementos pesados (os astrônomos os chamam de metais) e se comportassem de forma diferente das estrelas que se formam hoje. No entanto, a explosão associada à GRB 250314A mostra assinaturas fotométricas e espectroscópicas que se assemelham às supernovas de colapso de núcleo modernas ligadas a GRBs longas: um pico brilhante e amplo na curva de luz infravermelha e formas espectrais consistentes com a ejeção impulsionada por choque das camadas externas de uma estrela massiva.

"Fomos com a mente aberta", disse um dos membros da equipe envolvida nas observações do JWST. "E eis que o Webb mostrou que esta supernova se parece exatamente com as supernovas modernas". Essa normalidade aparente é valiosa porque significa que modelos calibrados em explosões mais próximas e melhor estudadas podem ser um ponto de partida para interpretar eventos com desvios para o vermelho muito altos. Ao mesmo tempo, levanta questões sobre a rapidez com que as primeiras gerações de estrelas produziram elementos pesados e se as primeiras estrelas massivas poderiam gerar explosões com propriedades semelhantes às populações posteriores.

O que os astrônomos podem aprender com uma única explosão distante

Mesmo um evento solitário em z ~ 7,3 é cientificamente rico. Primeiro, uma GRB longa fornece uma ligação direta entre a morte de estrelas massivas e a formação estelar cósmica em uma época em que as galáxias eram pequenas e tênues. O brilho residual da GRB atua como uma lanterna que retroilumina brevemente a galáxia hospedeira, permitindo medições de seu conteúdo de gás, metalicidade e poeira — parâmetros que, de outra forma, seriam quase impossíveis de obter a esta distância.

Segundo, o fato de o JWST poder detectar e caracterizar a supernova significa que futuros brilhos residuais de GRBs em distâncias semelhantes ou até maiores podem ser usados como sondas dos primeiros sistemas de formação estelar. Isso ajuda a restringir quão cedo o universo se tornou quimicamente enriquecido por gerações sucessivas de supernovas — um processo que semeia estrelas e planetas posteriores com os elementos necessários para uma química complexa.

Terceiro, a semelhança aparente com as explosões modernas fornece pontos de dados para modelos de evolução de estrelas massivas em ambientes de baixa metalicidade. Se as primeiras estrelas massivas produzem colapsos e jatos que parecem familiares, os teóricos devem reconciliar isso com as expectativas da estrutura estelar e da perda de massa em baixa metalicidade, onde os ventos são mais fracos e os envoltórios diferem.

Realidade observacional e ressalvas

Interpretar um único evento de alto desvio para o vermelho requer cautela. As GRBs são fenômenos fortemente focalizados: só detectamos explosões cujos jatos relativísticos apontam para perto de nossa linha de visada. Isso seleciona um subconjunto especial de mortes de estrelas massivas e pode enviesar qualquer amostra de explosões distantes em direção a progenitoras que produzem jatos poderosos e estreitamente colimados. Além disso, a fraqueza de objetos em z > 7 e a necessidade de um acompanhamento rápido e profundo tornam a amostra observada pequena. A conclusão de que as primeiras supernovas podem se parecer com as modernas é robusta para este evento, mas se isso se aplica à população como um todo precisará de mais detecções.

Existem também limites práticos decorrentes da dilatação temporal e do desvio para o vermelho. O mesmo alongamento cosmológico que ajuda a mover a explosão para a janela espectral do JWST também retarda sua evolução aparente para os observadores da Terra: um evento que pode durar semanas no referencial da galáxia hospedeira pode levar meses ou mais para se desenrolar em nossos telescópios. Isso torna essencial o monitoramento coordenado ao longo de meses para capturar a curva de luz completa e a evolução espectral.

Próximos passos para estudar as primeiras explosões

O resultado sublinha um tema recorrente na era do JWST: o telescópio não está apenas revelando galáxias surpreendentemente luminosas e compactas perto do amanhecer cósmico, mas também permitindo que os astrônomos estudem transientes que rastreiam as vidas e mortes das primeiras gerações de estrelas massivas. Equipes já estão planejando o monitoramento contínuo de brilhos residuais de GRBs, e novos levantamentos de transientes e instalações de próxima geração expandirão o espaço de descoberta. Em particular, mais GRBs de alto desvio para o vermelho somados ao acompanhamento do JWST — e, com o tempo, observações com telescópios terrestres da classe de 30 metros — construirão uma amostra estatística que poderá ser comparada a modelos de evolução estelar, nucleossíntese e montagem inicial de galáxias.

Por enquanto, a GRB 250314A oferece uma prova de conceito vívida: com descoberta rápida, espectroscopia terrestre ágil para garantir um desvio para o vermelho e acompanhamento infravermelho sensível, os astrônomos podem capturar e dissecar a morte das primeiras estrelas massivas do universo. Cada detecção desse tipo amplia nossa capacidade de testar modelos do primeiro bilhão de anos, e esta — com uma idade de apenas 730 milhões de anos após o Big Bang — é a supernova mais antiga já vista até agora.