Cientistas resolvem o enigma da galáxia rica em nitrogênio 440 milhões de anos após o Big Bang

História de formação estelar adotada por três modelos GCE diferentes para GN-z11:explosão estelar única (linha tracejada curta verde); explosão estelar dupla (sólido vermelho); e explosão única com pré-enriquecimento (azul tracejado longo). A linha pontilhada vertical denota a época observada de GN-z11. Crédito:The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1de1

Pela primeira vez, os cientistas conseguiram explicar o mistério por trás da composição química incomum numa das galáxias mais distantes do Universo. O modelo teórico de última geração que a investigação inovadora estabeleceu pode ser a chave para a nossa melhor compreensão do Universo distante.

O professor Chiaki Kobayashi, do Centro de Pesquisa Astrofísica (CAR) da Universidade de Hertfordshire, liderou a pesquisa inovadora usando os dados obtidos pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST).

A galáxia que o professor Kobayashi investigou é chamada GN-z11 – “localizada” apenas 440 milhões de anos após o Big Bang. No entanto, os espectros obtidos pelo JWST indicaram uma abundância invulgarmente elevada de azoto em GN-z11, o que surpreendeu muitos cientistas.

Durante o Big Bang, apenas elementos leves são produzidos, e carbono e elementos mais pesados são produzidos nas estrelas e distribuídos no meio interestelar quando as estrelas morrem após 13,8 bilhões de anos de tempo cósmico.

Até agora, uma das hipóteses levantadas para explicar a presença de tanto nitrogênio na galáxia era a possível produção do elemento por uma estrela supermassiva, 50 mil a 100 mil vezes mais massiva que o nosso Sol.

Mas a investigação do professor Kobayashi não apenas refutou a hipótese de estrelas supermassivas e possivelmente também do buraco negro supermassivo remanescente. Em vez disso, ela estabeleceu um novo meio de compreender as primeiras galáxias.

O professor Chiaki Kobayashi, professor de astrofísica da Universidade de Hertfordshire, disse:"A galáxia não está nos contando sobre uma estrela incomum, mas um episódio incomum de vida galáctica. Descobrimos que as primeiras galáxias têm formação de estrelas em 'explosões', o que causa esta incomum composição química. "

“No breve período do nosso modelo, estimado em apenas um milhão de anos, a abundância de nitrogénio é muito mais elevada do que a de oxigénio.

"Nosso modelo teórico - que não requer nenhuma fonte especial de enriquecimento, assim como acontece com estrelas comuns como em nossa galáxia - também prevê todas as abundâncias elementares, que não somos capazes de detectar mesmo com o melhor telescópio que temos agora."

O modelo teórico da estrela em explosão ajuda a desbloquear a nossa compreensão do universo primitivo, explica o professor Kobaysahi, que também estuda astrofísica nuclear.

"No nosso modelo, a galáxia está a experimentar uma formação estelar intermitente e explosiva, e estrelas moribundas bastante massivas, chamadas estrelas Wolf-Rayet, estão a produzir este elemento específico, o azoto, antes que os principais elementos pesados, como o oxigénio, sejam produzidos pelas supernovas."

"O que acreditamos, e isto é incrivelmente entusiasmante para todos aqueles que estudam o nosso Universo, é que este modelo está a testemunhar uma fase evolutiva altamente dramática para as galáxias."

Voltando-se para o futuro e para o que a descoberta significa para a astrofísica, o professor Kobayashi acrescentou:“Gostaríamos de ver muito mais galáxias como esta, com uma composição química incomum”.

"Também gostaríamos de ver mais elementos nessas galáxias além do nitrogênio e do oxigênio. Como diferentes elementos são produzidos a partir de diferentes tipos de estrelas em várias escalas de tempo, os padrões de abundância elementar são o registro fóssil para compreender a história do universo. Eu chamo isso de abordar a 'arqueologia extragaláctica'."

As descobertas foram publicadas no The Astrophysical Journal Letters .

Mais informações: Chiaki Kobayashi et al, Rapid Chemical Enrichment by Intermittent Star Formation in GN-z11, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1de1
Fornecido pela Universidade de Hertfordshire

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