Os sóis primordiais eram feitos de matéria escura?

Três objetos vistos à espreita na escuridão do Amanhecer Cósmico podem ser alimentados por colisões entre partículas feitas não de material estelar normal, mas do material enigmático conhecido como matéria escura.

Usando dados do Telescópio Espacial James Webb, uma equipe de astrofísicos teóricos determinou que três galáxias – chamadas JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0 – são consistentes com o que poderíamos esperar se estivéssemos olhando para estrelas únicas e colossais alimentadas pelo aquecimento da matéria escura, em vez da fusão nuclear.

De acordo com Cosmin Ilie e Jillian Paulin, da Colgate University, e Katherine Freese, da University of Texas, Austin, esse modelo pode nos ajudar a entender a natureza da matéria escura e explicar de onde vem a abundância de buracos negros supermassivos no Universo.

Existem muitas lacunas em nosso conhecimento do Universo, e as estrelas escuras podem resolver várias delas.

Em primeiro lugar, existe a matéria escura. Não sabemos o que é matéria escura, mas sabemos que há muito mais desta do que a matéria normal que compõe praticamente tudo o que podemos ver, de galáxias e buracos negros a formigas e biscoitos. Sabemos disso porque vemos seus efeitos gravitacionais – como se houvesse apenas massas de, bem, massa lá fora que não podemos ver ou detectar de outra maneira.

Outro problema é que nunca vimos as primeiras estrelas que queimaram no Universo. Vimos evidências para elas, mas não as próprias estrelas.

E depois há buracos negros supermassivos, em torno dos quais as galáxias orbitam. Não sabemos como esses objetos – de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol – ficaram tão grandes.

Finalmente, desde que iniciou suas operações em julho de 2022, o JWST identificou um grande número de galáxias massivas no início do Universo. Como essas galáxias se tornaram tão grandes em tão pouco tempo desde o Big Bang é um enigma.

Estrelas escuras fornecem uma solução elegante. Sabemos o que são estrelas normais: bolas gigantes de hidrogênio e hélio, principalmente, com núcleos extremamente quentes e pressurizados, onde os átomos são colididos em fusão nuclear que gera calor e luz.

De acordo com Ilie e seus colegas, as estrelas de matéria escura seriam alimentadas pela aniquilação da matéria escura. Uma teoria da matéria escura é que ela se autodestrói; quando duas partículas de matéria escura colidem, elas se apagam em destruição mútua e uma explosão de calor e luz.

Teria havido muito mais matéria escura no início do Universo sob este modelo. Poderia ter criado bolhas na faixa de massa de um milhão de Sóis, anulando-se em uma fornalha de calor irradiando com um brilho de um bilhão de Sóis.

JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0, vistos nas primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang, se encaixam nas características esperadas de tais objetos.

Com o tempo, essas estrelas entrariam em colapso em buracos negros supermassivos, o que explicaria por que não as vemos mais – e por que vemos tantos buracos negros supermassivos.

E eles também explicariam por que a primeira geração de estrelas não existe, embora estrelas quase tão antigas quanto o próprio Universo possam ser encontradas mesmo aqui em nossa galáxia. Se estrelas escuras existiram, estrelas de primeira geração ainda estão por aí; eles apenas parecem muito diferentes.

É altamente teórico e ainda não verificado; isso exigiria observações muito mais detalhadas. De acordo com os cálculos da equipe, estrelas escuras e galáxias primitivas teriam diferentes assinaturas de hélio, e poderíamos diferenciá-las vendo essas assinaturas. O JWST, no entanto, é atualmente o telescópio espacial mais poderoso já construído. Porém a obtenção dessa informação pode ter que esperar por futuros telescópios.

A pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.