Observações do Telescópio Espacial James Webb sugerem que as estrelas mais antigas do universo podem ter sido estrelas escuras supermassivas alimentadas pela aniquilação de matéria escura em vez de fusão nuclear. Um novo estudo identifica quatro objetos distantes que correspondem a essa descrição, potencialmente explicando galáxias iniciais brilhantes e buracos negros supermassivos. Essas descobertas se baseiam em teorias propostas há mais de uma década.
No universo primordial, cerca de 300 milhões de anos após o Big Bang, as primeiras estrelas se formaram a partir de nuvens de hidrogênio e hélio. Um estudo publicado nos Proceedings of the National Academy of Sciences em 14 de outubro de 2025, liderado por Cosmin Ilie da Universidade de Colgate, junto com Shafaat Mahmud, Jillian Paulin e Katherine Freese, analisou dados do JWST para identificar quatro candidatos a estrelas escuras supermassivas.
Esses objetos—JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-z13-0 e JADES-GS-z11-0—, em redshifts de até 14, exibem assinaturas espectrais consistentes com estrelas escuras supermassivas. "Estrelas escuras supermassivas são extremamente brilhantes, gigantes, mas nuvens inchadas feitas principalmente de hidrogênio e hélio, que são sustentadas contra o colapso gravitacional por quantidades mínimas de matéria escura autoaniquilante dentro delas," explicou Ilie.
O conceito surgiu em um artigo de 2008 na Physical Review Letters de Freese, Doug Spolyar e Paolo Gondolo, com expansões em 2010 detalhando como tais estrelas poderiam crescer massivas e colapsar em buracos negros supermassivos. Um estudo de PNAS de 2023 havia previamente sinalizado candidatos usando dados fotométricos; agora, a análise espectroscópica com o NIRSpec do JWST confirma a compatibilidade.
Freese, diretora do Instituto Weinberg na UT Austin, observou: "Pela primeira vez, identificamos candidatos a estrelas escuras supermassivas espectroscópicas no JWST, incluindo os objetos mais antigos em redshift 14, apenas 300 milhões de anos após o Big Bang. Pesando um milhão de vezes mais que o Sol, tais estrelas escuras iniciais são importantes não apenas para nos ensinar sobre matéria escura, mas também como precursoras dos buracos negros supermassivos iniciais vistos no JWST."
Uma característica chave é uma linha de absorção em 1640 Angstroms de hélio ionizado, observada em JADES-GS-z14-0 com uma relação sinal-ruído de cerca de 2. Ilie descreveu isso como uma "assinatura de arma fumegante." Observações do ALMA do mesmo objeto detectaram emissão de oxigênio, sugerindo um ambiente rico em metais, possivelmente de uma fusão ou coformação com estrelas regulares.
Essas estrelas escuras, alimentadas por Partículas Massivas de Interação Fraca (WIMPs) que se aniquilam em halos de matéria escura, poderiam resolver enigmas como galáxias iniciais inesperadamente brilhantes e as origens dos buracos negros de quasares distantes.