Telescópio James Webb identifica aglomerado estelar a 13 bilhões de anos-luz que pode pertencer à primeira geração de estrelas

Lead – Astrônomos analisaram dados do Telescópio Espacial James Webb e localizaram, a cerca de 13 bilhões de anos-luz da Terra, um aglomerado chamado LAP1-B cujas características sugerem pertencer à População III, grupo hipotético de estrelas que teria surgido logo após o Big Bang. O estudo, publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters, apresenta evidências espectrais, contexto de formação de baixa metalicidade e distribuição de massas estelares compatíveis com modelos teóricos para as primeiras estrelas do Universo.

Quem realizou a descoberta

A equipe responsável pelo trabalho é liderada pelo astrofísico Eli Visbal, da Universidade de Toledo, Ohio. Os pesquisadores examinaram registros obtidos pelo espelho de 6,5 metros do James Webb e submeteram os resultados a revisão científica antes da divulgação no periódico especializado.

O que foi encontrado

O principal objeto de interesse é o aglomerado estelar LAP1-B. Localizado a uma distância estimada em 13 bilhões de anos-luz, ele surge como um dos sistemas mais antigos já observados. As medições espectrais indicam que as estrelas presentes exibem forte emissão de fótons de alta energia – traço considerado característico de objetos de primeira geração.

Quando e onde o fenômeno se formou

A hipótese de População III implica época de formação logo após o Big Bang, ocorrido há 13,8 bilhões de anos. Se o aglomerado realmente pertencer a essa classe, suas estrelas teriam se consolidado em um intervalo cosmológico muito curto, ainda nos primeiros instantes da história do Universo. A localização a 13 bilhões de anos-luz corrobora essa interpretação temporal, pois a luz observada partiu do aglomerado quando o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos.

Como as observações foram possíveis

Duas condições permitiram o estudo detalhado de LAP1-B: a infraestrutura óptica e infravermelha do James Webb e o alinhamento natural produzido por uma lente gravitacional. O telescópio, equipado com um espelho primário de 6,5 m e instrumentos sensíveis ao infravermelho, foi capaz de registrar a fraca radiação emitida por estrelas extremamente distantes. Simultaneamente, a galáxia MACS J0416 posicionou-se entre o telescópio e o aglomerado, curvando o espaço-tempo ao redor de si e ampliando o sinal proveniente de LAP1-B. O resultado foi a formação de arcos luminosos que concentraram a luz antiga e facilitaram a análise espectral.

Por que LAP1-B pode pertencer à População III

O estudo indica três condições independentes, todas coerentes com previsões teóricas para estrelas de primeira geração:

1) Ambiente de baixa metalicidade: Os autores identificaram sinais de que o gás onde LAP1-B se formou continha, essencialmente, hidrogênio e hélio, elementos constituintes primordiais criados no Big Bang, sem contaminação significativa por metais pesados.

2) Aglomerado de baixa massa com poucas estrelas gigantes: A análise sugere a presença de somente algumas estrelas extremamente massivas, estimadas em cerca de 100 massas solares cada. Para População III, modelos preveem exatamente esse cenário: poucas estrelas de grande porte em um mesmo agrupamento.

3) Distribuição de massas estelares compatível: Os dados mostraram-se consistentes com previsões sobre como a massa deveria distribuir-se entre as estrelas primordiais. Essa compatibilidade reforça a interpretação de que LAP1-B não apresenta apenas aparência similar, mas segue padrões físicos esperados para a primeira geração de astros.

Contexto: o conceito de População III

Estrelas da População III, também conhecidas como “estrelas escuras”, foram previstas em teoria por Albert Einstein. Elas teriam surgido logo após o Big Bang, formadas exclusivamente a partir de hidrogênio, hélio e matéria escura. Sem elementos químicos mais pesados, esses astros teriam alcançado massas estimadas em um milhão de vezes a do Sol, além de brilho até um bilhão de vezes superior ao da nossa estrela. Apesar de décadas de busca, jamais houve confirmação direta da existência desse tipo estelar.

Dificuldade histórica para detectar as primeiras estrelas

Antes do presente estudo, investigações anteriores sinalizaram possíveis formações População III. Um trabalho divulgado em março de 2024, por exemplo, apontou sinais em torno da galáxia GN-z11, que se consolidou 430 milhões de anos após o início do Universo. Nenhuma dessas análises, contudo, obteve consenso científico quanto à detecção definitiva, em parte pela limitação instrumental ou por margens de erro em medições espectrais. Visbal e colegas argumentam que LAP1-B cobre simultaneamente espectro, ambiente químico e distribuição de massa, preenchendo lacunas que inviabilizaram confirmações anteriores.

Detalhes espectrais do aglomerado

Os espectros coletados pelo James Webb revelaram linhas de emissão associadas a alta produção de fótons energéticos. Essa indicação converge com a expectativa de que estrelas hipoteticamente formadas apenas com hidrogênio e hélio tenham temperaturas extremamente elevadas, gerando radiação intensa no ultravioleta, que o telescópio capta no infravermelho após o desvio para o vermelho causado pela expansão do Universo.

O papel da lente gravitacional MACS J0416

A galáxia MACS J0416 funcionou como lente gravitacional natural. De acordo com a relatividade, um corpo massivo dobra o espaço-tempo, e a luz de objetos no fundo segue essa curvatura. Quando o alinhamento ocorre, feixes luminosos são distorcidos em curvas, arcos ou anéis, fenômeno que aumenta o brilho aparente do objeto de fundo. No caso de LAP1-B, a lente foi decisiva para revelar detalhes que, sem amplificação, permaneceriam abaixo do limiar de detecção.

Estrutura instrumental do James Webb

O telescópio possui um espelho segmentado de 6,5 m, projetado para capturar radiação infravermelha emitida por objetos distantes e frios. Tamanha sensibilidade foi configurada justamente para investigações sobre as primeiras galáxias e estrelas. Os dados de LAP1-B exemplificam a aplicação original do observatório: sondar períodos do Universo não acessíveis a telescópios ópticos tradicionais.

Diferenças em relação a estudos anteriores

Em contraste com trabalhos passados, a pesquisa de Visbal apresenta simultaneamente origem ambiental pobre em metais, espectro de alta energia e distribuição de massa estelar compatível. Segundo os autores, reunir essas três evidências no mesmo sistema confere robustez sem precedentes à hipótese. Ainda assim, permanece a ressalva de que a classificação de LAP1-B como População III depende de confirmação futura, pois, até o momento, nenhuma estrela desse tipo recebeu comprovação incontroversa.

Consequências científicas imediatas

Mesmo que análises subsequentes indiquem que LAP1-B não pertença à População III, a coleta de dados oferece novas pistas sobre a formação de estrelas antigas. A simples observação de um aglomerado tão distante, com grande energia fotônica e massas estelares elevadas, fornece material empírico para modelos teóricos de evolução estelar em baixa metalicidade. Dessa forma, o estudo amplia o entendimento de condições iniciais do Universo sem recorrer a observações indiretas ou simulações exclusivas.

Próximos passos sugeridos

Com a publicação dos resultados, a própria equipe e outros grupos de pesquisa podem direcionar o James Webb, ou seus instrumentos de arquivo, para varreduras adicionais em torno de LAP1-B. A expectativa é identificar sinais complementares, comparar a assinatura espectral com outras candidatas e quantificar exatamente o conteúdo químico do aglomerado. Cada nova medição ajudará a confirmar ou refutar a classificação População III.

Até o momento, LAP1-B representa um dos indícios mais consistentes da existência das primeiras estrelas teorizadas desde Einstein, demonstrando o potencial do Telescópio Espacial James Webb de sondar épocas remotas e lançar luz sobre a origem dos corpos celestes mais antigos conhecidos.