Diagrama esquemático dos TDEs Pop III. Em uma galáxia em z ≳ 10, uma estrela Pop III é espalhada por outras estrelas e é interrompida pela maré pelo MBH. Uma grande fração do material de detritos de reserva é convertida em um vento poderoso com taxa de massa de saída 𝑀para fora =𝑓fora 𝑀fb , que produz um reflexo óptico/UV luminoso. Em z =0, as emissões de flare são desviadas para o vermelho para o comprimento de onda NIR e podem ser detectadas por JWST e Roman. Crédito:The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad41b7 Um estudo recente liderado pelo grupo de pesquisa da Professora Jane Lixin Dai, do Departamento de Física da Universidade de Hong Kong (HKU), descobriu um novo método para detectar as estrelas da primeira geração, conhecidas como estrelas de População III (Pop III), que nunca foram detectados diretamente.
A pesquisa foi amplamente reconhecida pela comunidade astronômica internacional, com destaque para o Space Telescope Science Institute, que opera vários telescópios da NASA. Estas potenciais descobertas sobre as estrelas Pop III prometem desvendar os segredos da origem do universo e proporcionar uma compreensão mais profunda da notável viagem desde o cosmos primordial até ao mundo que habitamos hoje.
Suas descobertas foram publicadas recentemente no The Astrophysical Journal Letters .
Pouco depois do Universo ter começado com o Big Bang, as primeiras estrelas, compostas principalmente por hidrogénio e hélio, começaram a formar-se. As propriedades destas estrelas de primeira geração, Pop III, são muito diferentes das estrelas como o nosso próprio Sol ou mesmo das que estão a formar-se hoje. Eles eram tremendamente quentes, gigantescos em tamanho e massa, mas de vida muito curta.
As estrelas Pop III são as primeiras fábricas a sintetizar a maioria dos elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio que nos rodeiam hoje. Eles também são muito importantes para a formação de gerações posteriores de estrelas e galáxias. No entanto, até agora não houve detecções diretas convincentes de estrelas Pop III, uma vez que estas estrelas formadas no Universo primitivo estão muito distantes e são demasiado ténues para qualquer um dos nossos telescópios no solo ou no espaço.
Pela primeira vez, os cientistas da HKU descobriram um novo método para detectar estas primeiras estrelas no Universo primitivo. Um estudo recente liderado pelo grupo de investigação do Professor Dai, do Departamento de Física da HKU, propôs que uma estrela Pop III pode ser despedaçada pela força das marés se se aproximar de um buraco negro massivo.
Astrofísicos da HKU descobrem um novo método para caçar as primeiras estrelas. Crédito: Space Telescope Science Institute/Ralf Crawford
Num tal evento de perturbação das marés (TDE), o buraco negro alimenta-se dos detritos estelares e produz explosões muito luminosas. Os investigadores investigaram o complexo processo físico envolvido e demonstraram que estas explosões podem brilhar através de milhares de milhões de anos-luz para chegar até nós hoje. Mais importante ainda, eles descobriram que as assinaturas únicas destas explosões TDE podem ser usadas para identificar a existência de estrelas Pop III e obter informações sobre as suas propriedades.
"À medida que os fótons energéticos viajam de uma distância muito distante, a escala de tempo da erupção será esticada devido à expansão do universo. Essas explosões de TDE aumentarão e diminuirão durante um longo período de tempo, o que as diferencia dos TDEs de estrelas do tipo solar no universo próximo", disse o professor Dai, investigador principal e autor correspondente do projeto.
"Curiosamente, não apenas as escalas de tempo das explosões são ampliadas, mas também o seu comprimento de onda. A luz óptica e ultravioleta emitida pelo TDE será transferida para emissões infravermelhas ao atingir a Terra, "Dr. Rudrani Kar Chowdhury, pesquisador de pós-doutorado do Departamento de Física da HKU e primeiro autor do artigo, acrescentou.
O que torna a descoberta mais emocionante é que duas missões emblemáticas da NASA, o recentemente lançado Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman (Roman), têm a capacidade de observar tais emissões infravermelhas a grandes distâncias.
A professora Priya Natarajan, do Departamento de Astronomia e Física da Universidade de Yale e co-autora do artigo, afirmou:“As capacidades únicas de Roman de ser simultaneamente capaz de observar uma grande área do céu e espiar profundamente o universo primitivo tornam-no uma sonda promissora. para detectar essas explosões TDE Pop III, que por sua vez serviriam como uma descoberta indireta de estrelas Pop III."
Janet Chang, Ph.D. estudante do Departamento de Física da HKU e coautor do artigo, acrescentou:“Esperamos que algumas dezenas desses eventos sejam detectados por Roman todos os anos se a estratégia de observação correta for seguida”.
Com estas descobertas em mente, a próxima década apresenta um potencial significativo para identificar estas fontes distintas, levando a revelações emocionantes sobre as estrelas Pop III e desvendando os mistérios da origem do universo.
