Webb pode ter avistado as primeiras estrelas

Os espectros mais profundos do James Webb reabrem a questão da 'primeira luz'

O que a equipe realmente encontrou

O estudo foca em quatro alvos de redshift muito alto extraídos de levantamentos profundos do JWST. Um objeto em particular — catalogado nos dados de levantamento do JWST como JADES-GS-z14-0 — mostra uma queda tentativa em seu espectro no comprimento de onda correspondente ao hélio singularmente ionizado (He II) no referencial de repouso de 1640 Å. Essa característica de absorção é destacada no artigo como uma potencial assinatura decisiva de uma estrela escura supermassiva, pois modelos teóricos preveem uma forte absorção de He II nas atmosferas estendidas e relativamente frias de tais objetos. Os autores enfatizam que a detecção é fraca (relação sinal-ruído aproximadamente de ordem dois) e deve ser tratada com cautela.

Mas há oxigênio na vizinhança

Complicando o cenário, observações de acompanhamento com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) detectaram de forma robusta a linha [O III] de 88 μm na mesma localização do céu e mediram um redshift espectroscópico preciso de z ≈ 14,18. A medição do ALMA implica um enriquecimento metálico não desprezível — o oxigênio está presente em um nível que depõe contra um ambiente puramente primordial e livre de metais. Isso descartaria uma estrela escura isolada e prístina, a menos que a estrela escura esteja inserida em, ou tenha se misturado a, um sistema enriquecido por metais, conforme discutido pelos autores do artigo. A detecção do ALMA também fornece um redshift de alta precisão independente que ajuda a ancorar a interpretação dos espectros do JWST.

O que são estrelas escuras e por que elas são importantes?

A ideia das estrelas escuras foi proposta há mais de uma década: no Universo primitivo, nuvens de gás em colapso que estavam formando os primeiros objetos luminosos estariam inseridas em aglomerados densos de matéria escura. Se a partícula de matéria escura se aniquilar consigo mesma, a energia liberada poderia aquecer o gás e produzir um objeto luminoso grande e difuso que nunca atinge o estado compacto e dominado pela fusão das estrelas comuns. Em muitos modelos, esses objetos podem crescer até se tornarem extremamente massivos e extremamente brilhantes — em alguns cenários, uma única estrela escura supermassiva pode brilhar mais do que uma galáxia inteira pequena. Detectar tal objeto não apenas reescreveria os livros didáticos sobre a formação das primeiras estrelas, mas também forneceria uma rara janela astrofísica sobre a natureza das partículas da matéria escura.

Como uma estrela escura difere das primeiras primeiras estrelas comuns

Por que a afirmação ainda é preliminar

Existem razões importantes para manter a cautela. Primeiro, a característica de absorção de He II relatada no espectro do JWST é fraca; com baixa relação sinal-ruído, efeitos instrumentais, subtração de fundo ou sobreposição de características nebulares podem produzir quedas espúrias. Segundo, muitos dos candidatos também podem ser modelados como regiões de formação estelar extremamente compactas e intensas, ou como buracos negros em acúmulo, especialmente quando a emissão nebular está presente. Terceiro, a detecção de oxigênio pelo ALMA implica um conteúdo de metal que é difícil de conciliar com uma estrela escura totalmente prístina — embora os autores esbocem cenários nos quais uma estrela escura poderia coexistir com gás próximo enriquecido com metais (por exemplo, após uma fusão). Finalmente, o campo já viu várias afirmações precoces dramáticas a partir de dados do JWST que exigiram um acompanhamento mais profundo para serem resolvidas, de modo que a comunidade é deliberadamente exigente quanto à confirmação.

O que contaria como confirmação?

Uma confirmação robusta precisa de espectros com maior relação sinal-ruído que reproduzam as mesmas características, imageamento espacialmente resolvido que possa distinguir um objeto único e puntiforme de uma galáxia compacta, e medições em múltiplos comprimentos de onda (ALMA, infravermelho médio, e até futuros telescópios terrestres de classe 30 metros) para mapear gás, estrelas e possível poeira. No cenário de estrela escura, uma absorção de He II 1640 clara e repetível acompanhada pela forma de contínuo prevista e ausência de emissão nebular típica seria convincente. Por outro lado, detecções mais fortes de múltiplas linhas metálicas ou populações estelares resolvidas favoreceriam a interpretação de uma galáxia primitiva.

Implicações mais amplas se for verdade

Se uma população de estrelas escuras fosse confirmada, as consequências seriam profundas. Elas oferecem uma rota natural para produzir sementes de buracos negros massivos em épocas remotas, ajudando a explicar os quasares de bilhões de massas solares já vistos em redshifts acima de seis. Elas também vinculariam a cosmologia à física de partículas ao restringir as propriedades de aniquilação das partículas de matéria escura. Finalmente, encontrar uma classe anteriormente desconhecida de objetos luminosos no alvorecer cósmico remodelaria os modelos de formação de galáxias primitivas e reionização. Mas tudo isso depende de superar o alto rigor da prova observacional.

Próximos passos e o clima científico

Por enquanto, o Webb deu aos astrônomos suas melhores e mais diretas pistas até agora sobre os primeiríssimos objetos luminosos. Resta saber se essas pistas apontam para um alvorecer convencional de pequenas estrelas movidas a fusão ou para uma era exótica de gigantes movidos a matéria escura — mas a caça pela primeira luz cósmica entrou em uma fase decisiva e profundamente intrigante.