Um novo estudo liderado pelo Professor Assistente de Física e Astronomia da Colgate, Cosmin Ilie, em colaboração com Jillian Paulin ’23 da Universidade da Pensilvânia, Andreea Petric do Instituto Científico do Telescópio Espacial e Katherine Freese da Universidade do Texas em Austin, propõe uma ideia única que pode resolver três grandes mistérios da era mais inicial do universo. Os pesquisadores sugerem que as estrelas escuras podem ajudar a explicar a aparência de “galáxias monstros azuis” inesperadamente brilhantes, a presença de buracos negros supermassivos muito massivos em tempos extremamente precoces e os estranhos objetos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” vistos em imagens do Telescópio Espacial James Webb (JWST).
As estrelas mais antigas se formaram em regiões dominadas pela matéria escura, especificamente nos centros de pequenas estruturas de matéria escura chamadas microhalos. Várias centenas de milhões de anos-luz após o Big Bang, nuvens compostas de hidrogênio e hélio resfriaram o suficiente para começar a colapsar sob sua própria gravidade. Esse processo levou ao nascimento das primeiras estrelas e marcou o início da aurora cósmica, um período formativo na história do universo.
Durante esse tempo, as condições podem ter permitido a formação de um tipo raro de estrela. Essas estrelas poderiam ser alimentadas não apenas por fusão nuclear, mas também pela energia liberada quando partículas de matéria escura se aniquilam. Conhecidas como estrelas escuras, esses objetos poderiam crescer a tamanhos enormes e podem evoluir naturalmente para as sementes que mais tarde se tornam buracos negros supermassivos.
JWST Revela Galáxias Inesperadas do Início do Universo
O JWST agora observou os objetos mais distantes já estudados, oferecendo uma visão sem precedentes do início do universo. Essas observações desafiaram teorias há muito estabelecidas sobre como as primeiras estrelas e galáxias se formaram. Uma das descobertas mais surpreendentes é uma grande população de galáxias conhecidas como “monstros azuis”. Essas galáxias são extremamente brilhantes, muito compactas e contêm pouco ou nenhum pó.
Antes do JWST, nenhuma simulação ou modelo teórico previu que galáxias com essas propriedades existissem tão cedo na história cósmica. A descoberta delas forçou os astrônomos a reconsiderar quão rapidamente as estrelas e galáxias poderiam ter se formado.
Buraquinhos Supermassivos e Pequenos Pontos Vermelhos
Os dados do JWST também intensificaram um mistério contínuo envolvendo buracos negros supermassivos. Algumas das galáxias mais antigas observadas parecem abrigar buracos negros que são muito maiores do que o esperado para sua idade. Explicar como as sementes desses buracos negros supermassivos (SMBHs) maiores do que o esperado se formaram tão rapidamente continua sendo um grande desafio.
Além disso, o JWST revelou uma nova categoria de objetos compactos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” (LRDs). Essas fontes livres de poeira datam da aurora cósmica e são incomuns porque emitem pouca ou nenhuma radiação de raios X, algo que os astrônomos não previam com base nos modelos existentes.
Por que os Modelos Atuais Não São Suficientes
Reunidos, as galáxias monstros azuis, os buracos negros supermassivos precoces e os pequenos pontos vermelhos indicam lacunas sérias nas teorias anteriores ao JWST sobre a formação inicial de galáxias e buracos negros. As descobertas sugerem que os modelos amplamente aceitos precisam de atualizações substanciais para levar em conta o que o JWST está agora observando.
“Alguns dos mistérios mais significativos apresentados pelos dados da aurora cósmica do JWST são, na verdade, características da teoria das estrelas escuras,” disse Ilie.
Provas Crescentes das Estrelas Escuras
Embora as estrelas escuras ainda não tenham sido confirmadas através de observação direta, o novo estudo fortalece o caso para sua existência. Ele se baseia em candidatos a estrelas escuras fotométricos e espectroscópicos identificados em dois estudos separados publicados na PNAS em 2023 e 2025, respectivamente.
Os autores descrevem em detalhes como as estrelas escuras poderiam explicar as propriedades das galáxias monstros azuis, pequenos pontos vermelhos e as primeiras galáxias que hospedam buracos negros massivos. O artigo também apresenta a análise espectroscópica mais recente, relatando evidências para características de absorção de hélio distintas no espectro de JADES-GS-13-0. Uma característica semelhante já havia sido identificada em JADES-GS-14-0.
Por que as Estrelas Escuras São Importantes
Estrelas escuras estão entre os objetos teóricos mais intrigantes na astrofísica moderna. Se confirmadas, elas poderiam oferecer uma maneira de investigar diretamente as propriedades das partículas de matéria escura. Isso complementaria os esforços em andamento para detectar matéria escura em experimentos de laboratório na Terra, seja por meio de detecção direta ou produção de partículas, e poderia ajudar a conectar observações cósmicas com a física fundamental.
