Um novo estudo liderado pelo professor assistente de física e astronomia da Colgate, Cosmin Ealy, que está trabalhando com Jillian Pavlin ’23 da Universidade da Pensilvânia, Andrea Petrick do Space Telescope Science Institute e Kathryn Freese da Universidade do Texas em Austin, oferece uma ideia que poderia desvendar três grandes mistérios das primeiras idades do universo. Os investigadores acreditam que as estrelas escuras podem ajudar a explicar o aparecimento de galáxias “monstros azuis” inesperadamente brilhantes, a presença de buracos negros muito massivos em tempos muito antigos e os objetos estranhos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” vistos em imagens do Telescópio Espacial James Webb (JWST).
As primeiras estrelas formaram-se em regiões dominadas pela matéria escura, especificamente nos centros de pequenas estruturas de matéria escura chamadas microhalos. Algumas centenas de milhões de anos-luz após o Big Bang, nuvens de hidrogênio e hélio esfriaram tanto que começaram a entrar em colapso sob a influência de sua própria gravidade. Este processo levou ao nascimento das primeiras estrelas e marcou o início da Aurora Cósmica, um período formativo na história do universo.
Durante este período, as condições poderiam permitir a formação de um tipo raro de estrela. Essas estrelas podem funcionar não apenas devido à fusão nuclear, mas também devido à energia liberada durante a aniquilação das partículas de matéria escura. Conhecidos como estrelas escuras, esses objetos podem atingir tamanhos enormes e evoluir naturalmente para sementes que mais tarde se tornam buracos negros supermassivos.
JWST revela galáxias iniciais inesperadas
O JWST já observou os objetos mais distantes já estudados, oferecendo uma visão sem precedentes do universo primitivo. Estas observações desafiam teorias de longa data sobre como as primeiras estrelas e galáxias se formaram. Uma das descobertas mais surpreendentes é uma grande população de galáxias conhecidas como “monstros azuis”. Estas galáxias são extremamente brilhantes, muito compactas e praticamente não contêm poeira.
Antes do JWST, nenhuma simulação ou modelo teórico previa que galáxias com essas propriedades deveriam existir tão cedo na história cósmica. A sua descoberta forçou os astrónomos a reconsiderar a rapidez com que as estrelas e as galáxias se poderiam formar.
Buracos negros supermassivos e pequenos pontos vermelhos
Os dados do JWST também reforçaram o mistério contínuo em torno dos buracos negros supermassivos. Algumas das primeiras galáxias observadas parecem conter buracos negros muito maiores do que o esperado para a sua idade. Explicar como é que as sementes destes buracos negros supermassivos (SMBHs) maiores do que o esperado se formaram tão rapidamente continua a ser um grande desafio.
Além disso, o JWST descobriu uma nova categoria de objetos compactos conhecidos como “pequenos pontos vermelhos” (LRDs). Estas fontes livres de poeira datam do início do espaço e são incomuns porque quase não emitem raios X, algo que os astrónomos não esperavam com base nos modelos existentes.
Por que os modelos modernos não funcionarão
Tomados em conjunto, as galáxias monstros azuis, os primeiros buracos negros supermassivos e os pequenos pontos vermelhos apontam para sérias lacunas nas teorias pré-JWST sobre a formação de galáxias iniciais e de buracos negros. As descobertas sugerem que os modelos aceitos precisam de atualizações significativas para dar conta do que o JWST está vendo agora.
“Alguns dos mistérios mais significativos que cercam os dados da aurora cósmica do JWST são, na verdade, características da teoria da estrela escura”, disse Ealy.
Há evidências crescentes da existência de estrelas escuras
Embora as estrelas escuras ainda não tenham sido confirmadas por observação direta, um novo estudo reforça a hipótese da sua existência. Baseia-se em candidatas a estrelas escuras fotométricas e espectroscópicas identificadas em duas PNAS estudos publicados em 2023 e 2025, respectivamente.
Os autores descrevem em detalhes como as estrelas escuras podem determinar as propriedades de galáxias monstruosas azuis, pequenos pontos vermelhos e galáxias primitivas que contêm buracos negros massivos. O artigo também apresenta a mais recente análise espectroscópica, que mostra os traços característicos da absorção de hélio no espectro de JADES-GS-13-0. Uma característica semelhante foi identificada anteriormente em JADES-GS-14-0.
Por que as estrelas escuras são importantes
As estrelas escuras estão entre os objetos teóricos mais intrigantes da astrofísica moderna. Se confirmados, poderão oferecer uma forma de sondar diretamente as propriedades das partículas de matéria escura. Isto complementaria os esforços em curso para detectar matéria escura em experiências de laboratório na Terra, tanto através da detecção directa como da produção de partículas, e poderia ajudar a ligar as observações espaciais à física fundamental.
