Uma equipe internacional de astrofísicos desenvolveu um modelo que explica como estrelas extremamente massivas forjaram os primeiros aglomerados estelares e galáxias do universo. Esses gigantes, milhares de vezes mais pesados que o Sol, deixaram impressões químicas em aglomerados globulares antigos e podem ter semeado buracos negros iniciais. As descobertas conectam a formação estelar com observações do Telescópio Espacial James Webb.
Uma equipe internacional liderada pelo pesquisador ICREA Mark Gieles, do Institute of Cosmos Sciences da Universidade de Barcelona (ICCUB) e do Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC), criou um novo modelo que lança luz sobre estrelas extremamente massivas (EMS) com mais de 1.000 vezes a massa do Sol. Publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a pesquisa demonstra como esses gigantes de vida curta moldaram a formação e o desenvolvimento inicial dos aglomerados estelares mais antigos do universo.
Aglomerados globulares (GCs) são coleções esféricas e densamente compactadas de centenas de milhares a milhões de estrelas, encontradas em quase todas as galáxias, incluindo a Via Láctea. A maioria tem mais de 10 bilhões de anos, emergindo logo após o Big Bang. As estrelas nesses aglomerados mostram composições químicas incomuns, com níveis variáveis de hélio, nitrogênio, oxigênio, sódio, magnésio e alumínio—variações intrigantes que sugerem processos que alteraram o gás original.
O modelo expande a teoria do fluxo inercial, aplicada às condições do universo inicial. Em aglomerados estelares massivos, fluxos de gás turbulentos geram naturalmente EMS variando de 1.000 a 10.000 massas solares. Essas estrelas produzem ventos poderosos cheios de produtos de fusão de hidrogênio em alta temperatura, misturando-se com gás pristino para criar impressões digitais químicas distintas em estrelas subsequentes.
"Nosso modelo mostra que apenas algumas estrelas extremamente massivas podem deixar uma impressão química duradoura em todo um aglomerado", explica Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). "Ele finalmente liga a física da formação de aglomerados globulares às assinaturas químicas que observamos hoje."
Pesquisadores Laura Ramírez Galeano e Corinne Charbonnel da Universidade de Genebra adicionam: "Já se sabia que reações nucleares nos centros de estrelas extremamente massivas poderiam criar os padrões de abundância apropriados. Agora temos um modelo que fornece um caminho natural para formar essas estrelas em aglomerados estelares massivos."
Esse processo se desenrola em um a dois milhões de anos, antes de explosões de supernovas, evitando contaminação por material de supernova. As descobertas se estendem a galáxias ricas em nitrogênio observadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), provavelmente contendo GCs dominados por EMS da evolução inicial de galáxias.
"Estrelas extremamente massivas podem ter desempenhado um papel chave na formação das primeiras galáxias", observa Paolo Padoan (Dartmouth College e ICCUB-IEEC). "Sua luminosidade e produção química explicam naturalmente as proto-galáxias enriquecidas com nitrogênio que agora observamos no universo inicial com o JWST."
Acredita-se que essas estrelas colapsem em buracos negros de massa intermediária pesando mais de 100 massas solares, potencialmente detectáveis via ondas gravitacionais. O estudo, detalhado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025; 544 (1): 483, DOI: 10.1093/mnras/staf1314), oferece uma explicação unificada para a formação estelar, enriquecimento químico e origens de buracos negros no universo inicial.