Uma das descobertas mais intrigantes realizadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST, na sigla em inglês) é a identificação de objetos que podem ser classificados como “estrelas escuras“, cuja energia não seria gerada por fusão nuclear, mas sim por matéria escura. Este fenômeno representa uma possível nova fronteira na astronomia.

Pesquisadores, ao analisarem os comprimentos de onda da luz coletados pelo JWST, descobriram quatro candidatos a estrelas sombrias, sendo que um deles apresenta o que os cientistas chamaram de assinatura de absorção de hélio, um indicativo promissor para essa teoria. Os resultados foram divulgados em um estudo publicado em 30 de setembro na revista PNAS.

Teorizadas pela primeira vez em 2007, as estrelas sombrias são consideradas uma das primeiras gerações de estrelas — conhecidas como estrelas da População III — a se formarem após o Big Bang. A hipótese sugere que essas estrelas surgem quando nuvens de hidrogênio e hélio colapsam, processo que normalmente resultaria em um buraco negro, mas que neste caso se mistura com a matéria escura. Acredita-se que essas estrelas sejam extremamente massivas e luminosas, podendo atingir até um milhão de vezes a massa do Sol e brilhar um bilhão de vezes mais intensamente.

Katherine Freese, coautora do estudo e professora de física na Universidade do Texas em Austin, destacou que o termo “estrela escura” pode ser enganoso. “Nosso nome inicial, ‘estrela escura’, é um equívoco. Elas não são feitas [inteiramente] de matéria escura nem são escuras”, afirmou ao Live Science.

A descoberta dessas estrelas poderia elucidar alguns dos objetos enigmáticos observados pelo JWST no universo primitivo, como buracos negros supermassivos que parecem ter se formado de maneira extremamente rápida. Freese enfatizou que esses candidatos representam uma oportunidade valiosa para investigar a natureza da matéria escura: “É uma sonda, não apenas um novo tipo de estrela. Então esses candidatos são muito encorajadores para nós”, complementou.

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A equipe utilizou dados do JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) para identificar os potenciais candidatos. Eles concentraram suas análises nos dados obtidos pelo Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec), um instrumento projetado para medir os comprimentos de onda da luz provenientes de objetos celestiais, permitindo a investigação de suas temperaturas, massas e assinaturas químicas.

Os critérios estabelecidos pelos pesquisadores incluíam a necessidade de que os sinais tivessem um desvio para o vermelho maior ou igual a 10 (um estiramento do antigo brilho do universo correspondente a aproximadamente 500 milhões de anos após o Big Bang), apresentando apenas hidrogênio e hélio e originando-se de um único objeto.

Dessa análise resultaram quatro candidatos a estrelas sombrias: JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z14-0 e JADES-GS-z14-1. O JADES-GS-z14-0 é atualmente o segundo objeto mais distante observado pelo JWST.

Modelos computacionais sugerem que todos os quatro candidatos têm potencial para serem estrelas sombrias, com algumas possibilidades indicando que poderiam ser supermassivas. A equipe encontrou também indícios da assinatura característica das supermassivas nas análises do JADES-GS-z14-0 — átomos de hélio ionizados absorvendo luz com um comprimento de onda específico.

Não se espera que nenhum outro objeto conhecido com alto desvio para o vermelho produza tal característica de absorção”, escreveram os autores no estudo.

No entanto, houve uma surpresa ao descobrir que o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile detectou emissão de oxigênio do JADES-GS-z14-0, elemento associado a estrelas alimentadas por fusão nuclear. “Isso me preocupa um pouco”, disse Freese.

A equipe está agora realizando simulações para determinar quanto oxigênio pode ser permitido antes que uma estrela sombria deixe de se formar, conforme explicou Cosmin Ilie, coautor do estudo e físico na Colgate University em Nova York. “A lógica me diz que deve haver uma espécie de transição”, comenta Ilie.

A existência das estrelas sombrias ainda é alvo de controvérsias e não é amplamente aceita entre os especialistas. Daniel Whalen, cosmólogo da Universidade de Portsmouth no Reino Unido e que não participou da pesquisa, expressou ceticismo sobre a formação dessas estrelas. Ele apontou uma lacuna significativa na pesquisa: a falta de diferenciação entre as estrelas sombrias e as estrelas primordiais supermassivas. “A maioria da comunidade estelar Pop III realmente não acredita que queimadores de matéria escura [estrelas escuras] possam se formar”, disse Whalen.

Enquanto isso, Freese revelou que a equipe está trabalhando na automação da busca por estrelas sombrias nos dados do JWST para facilitar futuras descobertas sem grandes intervenções humanas e “para que não precisemos fazer nada além de manter os olhos abertos”.