Galáxias jovens já espalhavam elementos pesados — mas suas estrelas podem ter tido ventos mais fracos

As primeiras galáxias talvez tenham começado a transformar — e a espalhar — matéria antes do que uma imagem simples do universo jovem sugeriria. Observações do telescópio espacial James Webb apontam gás enriquecido e material se deslocando para fora de três galáxias distantes. Para investigar como estrelas massivas poderiam influenciar sistemas desse tipo, o levantamento TEMPOS, feito com o Hubble, estuda estrelas em galáxias próximas e pobres em elementos pesados. São duas peças do mesmo quebra-cabeça, não duas medições do mesmo fenômeno. 110

Elementos pesados já circulavam cedo

As três galáxias estudadas com o James Webb são vistas como eram cerca de 520 a 650 milhões de anos após o Big Bang. Seu gás contém elementos como carbono, oxigênio e silício — sinal de que estrelas anteriores já haviam produzido e dispersado esse material. Há também indícios de gás enriquecido se movendo para o entorno das galáxias.

Isso sugere que um ciclo de matéria já começava a funcionar: gás alimenta a formação de estrelas, enquanto parte do material processado por elas sai da galáxia. Observar a saída, porém, não prova que esse gás voltou mais tarde.

A descoberta também ajuda a entender a busca pelas estrelas de População III, a primeira geração, formada sem elementos pesados. O gás analisado nessas observações já não era primordial. Possíveis marcas químicas deixadas por aquelas estrelas não equivalem a uma detecção direta delas. Portanto, os dados tornam mais difícil esperar estrelas sem metais ainda observáveis no gás investigado, sem descartar essa possibilidade em outros lugares.

O que os ventos estelares têm a ver com isso?

O TEMPOS reuniu espectros em luz ultravioleta de 29 estrelas massivas do tipo O, em seis galáxias anãs próximas e pobres em metais. Seus resultados iniciais indicam ventos estelares inesperadamente fracos nos ambientes com menos elementos pesados. A queda pode se acentuar abaixo de aproximadamente 10% da metalicidade solar, em vez de seguir uma tendência suave; tanto esse limite quanto a intensidade da queda ainda precisam de novos testes. Em astronomia, metalicidade é a abundância de elementos mais pesados que hidrogênio e hélio. 161013

Ventos estelares são fluxos de material que saem de estrelas. Eles não são os mesmos fluxos de gás em escala galáctica observados pelo James Webb. Ainda assim, afetam a perda de massa das estrelas e são uma das formas pelas quais elas influenciam o meio ao redor. Se forem mais fracos do que os modelos supõem, as previsões para a evolução de galáxias jovens também poderão mudar. O TEMPOS oferece um teste próximo dessa física: não mede diretamente as estrelas das galáxias distantes nem identifica o que impulsionou seus fluxos de gás. 13

Por que medir só o oxigênio pode não bastar

A radiação de estrelas massivas impulsiona ventos ao interagir com íons metálicos em suas atmosferas. O TEMPOS encontrou variações na absorção associada ao ferro, o que complica o uso da abundância de oxigênio no gás como substituto da composição relevante para as estrelas. Trabalhos anteriores com galáxias extremamente pobres em metais já mostravam que medidas estelares ligadas ao ferro e medidas de oxigênio no gás não precisam apontar para o mesmo padrão de abundâncias. 346

Para quem constrói modelos das galáxias surpreendentemente complexas vistas pelo James Webb, a lição é testar tanto a força incerta dos ventos em baixa metalicidade quanto as proporções entre elementos, junto com a entrada de gás, sua saída e o enriquecimento químico. As observações estreitam as possibilidades — mas ainda não fornecem uma explicação única e comprovada para essas galáxias. 1410