Telescópio espacial Nancy Grace Roman pode detectar estrelas escuras supermassivas

 As primeiras estrelas do universo eram muito diferentes das estrelas que vemos hoje. Eles eram feitos puramente de hidrogênio e hélio, sem elementos mais pesados para ajudá-los a gerar energia em seu núcleo. 

Como resultado, eles provavelmente eram centenas de vezes mais massivos que o sol. Mas algumas das primeiras estrelas podem ter sido ainda mais estranhas. No início do universo, a matéria escura poderia ter sido mais concentrada do que é agora, e pode ter alimentado estranhos objetos estelares conhecidos como estrelas escuras. 

Artista vê estrela escura de nêutrons. Crédito: Laboratório de imagens conceituais do Goddard Space Flight Center da NASA 

Como a matéria escura e a matéria regular agem de maneira semelhante sob a gravidade, aglomerados de matéria escura no início do universo podem ter reunido nuvens de hidrogênio e hélio ao seu redor. Como essa matéria desmoronou sob seu próprio peso, a matéria escura em seu núcleo pode ter gerado energia.

Em alguns modelos de matéria escura, as partículas podem se aniquilar para produzir raios gama e neutrinos. Essas partículas de alta energia impediriam o colapso da nuvem, semelhante à forma como a fusão nuclear sustenta uma estrela regular.

Essas estrelas escuras teriam sido gigantescas, com um diâmetro de dezenas de milhares, até mesmo centenas de milhares de vezes maior que o sol. Mas eles seriam escuros e de baixa densidade. Se eles existissem, seriam muito fracos e distantes para que os telescópios atuais os detectassem. Mas o telescópio espacial Nancy Grace Roman, anteriormente chamado WFIRST, pode ser poderoso o suficiente para encontrá-los.

O telescópio romano está programado para ser lançado em maio de 2027. Será um telescópio infravermelho de campo amplo, adequado para explorar a borda escura e distante do cosmos. De acordo com um artigo recente publicado no servidor de pré-impressão arXiv, Roman pode observar estrelas escuras supermassivas com massas superiores a 100.000 sóis. Mas estrelas escuras nessa escala provavelmente não eram comuns.

Uma estimativa melhor é que as estrelas escuras tinham cerca de 10.000 massas solares. Com a ajuda de lentes gravitacionais, Roman pode ser capaz de ver uma estrela escura com essa massa, mas os autores propõem um método melhor, combinando observações de Roman com o Telescópio Espacial James Webb.

A ideia deles é identificar candidatos a estrelas escuras usando Roman, com o entendimento de que as observações fotométricas não serão capazes de distinguir estrelas escuras de pequenas galáxias jovens. Uma característica que distingue as galáxias das estrelas escuras é que as últimas devem mostrar uma linha de emissão de hélio conhecida como λ1640, que o Webb pode detectar. Roman é mais adequado para encontrar candidatos e Webb pode confirmá-los. É um excelente exemplo de como os pontos fortes de diferentes telescópios podem se complementar.

Se essa abordagem for bem-sucedida na próxima década, poderá ajudar os astrônomos a entender um mistério cosmológico diferente, o dos buracos negros supermassivos. Ainda não entendemos como esses buracos negros maciços puderam se formar tão rapidamente no início do universo, mas uma ideia é que eles podem ter sido semeados por essas estrelas escuras.

Como seus núcleos de matéria escura pararam de gerar energia, essas estrelas podem ter entrado em colapso rápido o suficiente para formar um buraco negro massivo, que pode se transformar em um buraco negro supermassivo com o tempo.

Há muito que podemos aprender com a luz fraca de uma estrela escura.