O universo primitivo era um lugar muito diferente do que é agora. Mas pode ter sido o ambiente perfeito para uma classe estranha de estrelas negras gigantes e infladas que usavam matéria escura como combustível.
Alimentadas pela matéria escura, as estrelas negras são objetos hipotéticos que podem ter habitado o universo primitivo.
Se de fato existiram, essas estrelas misteriosas não seriam apenas as primeiras estrelas a se formar no cosmos, elas também poderiam explicar como os buracos negros supermassivos nasceram.
Abastecido pela matéria escura.
Estrelas normais se auto-potencializam da mesma maneira: fusão nuclear. As estrelas são tão grandes que estão constantemente à beira do colapso sobre si mesmas.
Mas à medida que a gravidade comprime uma estrela, ela gera tanto calor no núcleo da estrela que suaviza os átomos, liberando energia. Essa energia fornece pressão externa suficiente para contrabalançar com precisão o colapso gravitacional de uma estrela.
Mas para estrelas escuras, a história é um pouco diferente.
Teorias sugerem que estrelas escuras seriam feitas principalmente do mesmo material que estrelas normais – como o hidrogênio e hélio.
Mas como essas estrelas escuras hipotéticas teriam se formado no universo primordial, quando o cosmos era muito mais denso, elas também provavelmente conteriam uma quantidade pequena, mas significativa, de matéria escura na forma de partículas massivas que interagem fracamente (WIMPs) – uma importante candidata a matéria escura.
Estas WIMPs são pensadas para servir como suas próprias partículas de antimatéria, elas poderiam se aniquilar umas com as outras, produzindo energia pura.
Dentro de uma estrela escura, essas aniquilações extremamente poderosas das WIMPs poderiam oferecer pressão externa suficiente para evitar o colapso da estrela sem a necessidade de fusão de seu núcleo.
De acordo com a pesquisadora de estrelas escuras Katherine Freese, da Universidade de Michigan, as WIMPs representariam apenas 0,1% da massa total de uma estrela escura. Mas apenas esse pouquinho de combustível das WIMPs poderia manter uma estrela negra coesa por milhões ou até bilhões de anos.
Como eram as estrelas negras?
Estrelas negras não se comportam de maneira tão diferente das estrelas normais, mas teriam algumas diferenças.
Como as estrelas negras não dependem da fusão do núcleo para evitar o colapso gravitacional, elas não são extremamente comprimidas como as estrelas normais.
Em vez disso, as estrelas escuras provavelmente são nuvens gigantes e infladas que seriam extremamente brilhantes.
Devido à sua natureza inflada, diz Freese, as estrelas escuras podem atingir diâmetros de até 10 unidades astronômicas (AU), onde 1 UA é a distância média da Terra-Sol de 93 milhões de milhas (150 milhões de quilômetros).
“Elas podem continuar crescendo enquanto houver combustível de matéria escura”, disse Freese à Astronomy. “Nós assumimos que elas poderiam chegar a 10 milhões de vezes a massa do Sol e 10 bilhões de vezes mais brilhante que o Sol, mas existe uma grande incerteza sobre isso. Em princípio, não há um consenso.
Procurando por estrelas escuras.
Um dos obstáculos para provar que as estrelas escuras realmente existem, porém, é que esses objetos ironicamente brilhantes dependeriam das aniquilações da matéria escura para sobreviver.
No entanto, tais aniquilamentos ocorreram principalmente no universo primitivo, quando partículas de matéria escura estavam dividindo espaços próximos.
Então, para identificar estrelas negras antigas, precisaríamos de telescópios capazes de olhar para o passado extremamente distante.
Felizmente, de acordo com Freese, o próximo Telescópio Espacial, o James Webb, deve ser capaz de detectar estrelas negras – desde que saibamos o que procurar.
“Elas serão completamente diferentes das estrelas quentes”, disse Freese à Astronomy . “Estrelas escuras são frias [17.500 ° F (9.700 ° C)].
Então, elas se pareceriam mais com o Sol em termos de frequência de luz, mesmo sendo muito mais brilhantes. Essa combinação de frio e brilho é difícil de confundir com outros objetos “.
“É uma perspectiva empolgante que um novo tipo de estrela possa ser descoberto nos próximos dados”, escreveram Freese e seus colegas em um artigo de revisão.
Semeando buracos negros supermassivos.
Se os pesquisadores conseguirem descobrir evidências da existência de estrelas negras, isso mudaria a maneira como pensamos sobre os estágios iniciais do universo.
Essas estrelas obscurecidas se tornariam as principais candidatas para a primeira geração de estrelas, formadas a cerca de 200 milhões de anos após o Big Bang.
Mas estrelas negras também podem explicar uma das questões mais incômodas da cosmologia: como os buracos negros supermassivos se formaram?
“Se uma estrela escura de um milhão de massas solares for descoberta pelo James Webb desde muito cedo, está claro que tal objeto acabaria como um grande buraco negro”, diz Freese.
“Então, estes poderiam se fundir para fazer buracos negros supermassivos. Um cenário bastante razoável!”
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