A Primeira Luz do Cosmos: Evidências Reveladas pelo JWST

Descoberta da galáxia RX J2129–z8He II oferece os sinais mais promissores das primeiras estrelas formadas após o Big Bang

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) foi criado para investigar a era de reionização do universo, incluindo a detecção das estrelas da População III (Pop III), a primeira geração estelar formada exclusivamente por hidrogênio e hélio. Este artigo apresenta e discute as evidências observacionais recentes, obtidas pelo JWST em colaboração com a técnica de lente gravitacional, que apontam para a detecção de aglomerados estelares com as características espectrais e químicas esperadas para a População III no universo primordial. A confirmação desta descoberta é crucial para a compreensão da nucleossíntese cósmica e da formação das primeiras galáxias.

O QUE SÃO ESTRELAS DA POPULAÇÃO III?

A busca pelas primeiras estrelas do universo representa uma das fronteiras mais intrigantes e desafiadoras da astrofísica moderna. Conhecidas como estrelas da População III, essas estrelas primordiais são consideradas os primeiros objetos luminosos a se formarem após o Big Bang, desempenhando um papel crucial na transformação do universo de um estado opaco e homogêneo para o cosmos estruturado e transparente que observamos hoje. A compreensão dessas estrelas não apenas ilumina os processos iniciais de formação estelar, mas também fornece insights valiosos sobre a evolução química e dinâmica das galáxias.

As estrelas da População III são compostas quase inteiramente de hidrogênio e hélio, os elementos mais leves e abundantes produzidos durante a nucleossíntese primordial. A ausência de elementos mais pesados, conhecidos como metais, distingue essas estrelas das gerações posteriores, que se formaram a partir de material enriquecido pelos processos nucleares das estrelas anteriores. Estudar essas estrelas é, portanto, essencial para entender a transição do universo primordial para o universo moderno, onde a formação de estrelas e galáxias se tornou um processo contínuo e complexo.

METODOLOGIA DE OBSERVAÇÃO E DADOS

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada por Xin Wang, da Universidade da Academia Chinesa de Ciências, realizou uma descoberta notável utilizando o JWST. A galáxia RX J2129–z8He II, identificada por Wang e seus colaboradores, representa um marco significativo na busca pelas primeiras estrelas do universo. Esta galáxia, mesmo aos olhos do mais poderoso telescópio infravermelho do mundo, aparece como uma mancha vermelha quase indistinguível. No entanto, sua importância reside em suas características espectrais e no alto redshift, que a coloca a apenas 613 milhões de anos após o Big Bang.

O redshift de z = 8.1623 da galáxia RX J2129–z8He II indica que estamos observando um período em que as estrelas e galáxias estavam ativamente ionizando o universo, transformando-o de opaco para transparente. Este processo, conhecido como reionização, é crucial para a compreensão da evolução cósmica. A espectroscopia realizada pelo JWST revelou que o espectro da galáxia é inclinado acentuadamente em direção aos comprimentos de onda curtos, mais do que qualquer outra galáxia conhecida além de um redshift de z = 7. Além disso, o espectro é marcado por várias linhas de emissão proeminentes, incluindo uma linha de hélio ionizado (He II).

No universo local, a emissão de hélio ionizado é relativamente rara e geralmente associada a fontes específicas, como estrelas massivas que perderam suas atmosferas, sistemas binários contendo uma estrela e um buraco negro ou uma estrela de nêutrons, e galáxias com buracos negros supermassivos em acreção. No entanto, nenhuma dessas fontes é uma explicação provável para a linha de emissão de hélio observada na RX J2129–z8He II. Em vez disso, a equipe de Wang propõe que estrelas massivas da População III poderiam ser a fonte dos fótons ultravioleta ionizantes responsáveis por essa emissão.

A identificação da galáxia RX J2129–z8He II como um possível lar para estrelas da População III é um avanço promissor. A equipe utilizou modelos de fotoionização para simular as propriedades de uma galáxia contendo tanto estrelas da População III quanto estrelas de gerações posteriores. Os resultados sugerem que uma coleção de estrelas da População III, com uma massa total de 780.000 massas solares, poderia reproduzir as linhas de emissão observadas no espectro da galáxia. Este achado é consistente com modelagens anteriores que indicam que tal quantidade de estrelas da População III é razoável para uma galáxia daquela época.

Além disso, a equipe sugere que novas estrelas da População III poderiam se formar tardiamente em bolsões de gás primordial que não foram incorporados na primeira rodada de formação estelar, ou em gás que se acumulou na galáxia a partir do meio circumgaláctico. Esta descoberta não apenas identifica RX J2129–z8He II como uma candidata a abrigar estrelas da População III, mas também fornece uma melhor compreensão das assinaturas espectrais dessas estrelas, facilitando a identificação de outras galáxias que possam contê-las.

Para testar a hipótese de que a galáxia RX J2129–z8He II contém estrelas da População III, a equipe de Xin Wang recorreu a modelos de fotoionização. Esses modelos permitem simular as condições físicas e químicas de uma galáxia, ajudando a prever as características espectrais que seriam observadas se certas populações estelares estivessem presentes. No caso de RX J2129–z8He II, a equipe focou-se em reproduzir as linhas de emissão detectadas, especialmente a linha de hélio ionizado (He II), que é indicativa de uma fonte poderosa de radiação ultravioleta.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Para testar a hipótese de que a galáxia RX J2129–z8He II contém estrelas da População III, a equipe de Xin Wang recorreu a modelos de fotoionização, uma ferramenta crucial na astrofísica moderna. Esses modelos permitem simular as condições físicas e químicas de uma galáxia, ajudando a prever as características espectrais que seriam observadas se certas populações estelares estivessem presentes. No caso de RX J2129–z8He II, a equipe focou-se em reproduzir as linhas de emissão detectadas, especialmente a linha de hélio ionizado (He II), que é indicativa de uma fonte poderosa de radiação ultravioleta.

Os resultados das simulações foram reveladores. A equipe descobriu que uma coleção de estrelas da População III, com uma massa total de aproximadamente 780.000 massas solares, poderia reproduzir as linhas de emissão observadas no espectro da galáxia. Esta quantidade de massa estelar é consistente com modelos teóricos anteriores, que sugerem que galáxias formadas no início do universo poderiam abrigar uma quantidade significativa de estrelas da População III.

Mas como uma galáxia poderia conter estrelas da População III juntamente com estrelas de gerações posteriores? A resposta pode residir na formação tardia dessas estrelas em bolsões de gás primordial. Durante a formação inicial das galáxias, nem todo o gás disponível é imediatamente convertido em estrelas. Parte desse gás pode permanecer em estado primordial, não contaminado por elementos pesados produzidos pelas primeiras gerações de estrelas. Em condições adequadas, esse gás primordial pode colapsar e formar novas estrelas da População III, mesmo após a formação das primeiras gerações estelares.

Além disso, o gás primordial pode ser reabastecido a partir do meio circungaláctico, a região ao redor da galáxia que contém gás e matéria escura. Esse gás pode fluir para dentro da galáxia, fornecendo o material necessário para a formação contínua de estrelas da População III. Este processo de reabastecimento e formação estelar contínua pode explicar a presença simultânea de estrelas da População III e de gerações posteriores em RX J2129–z8He II.

Os modelos de fotoionização utilizados pela equipe de Wang não apenas confirmam a possibilidade de estrelas da População III na galáxia RX J2129–z8He II, mas também fornecem uma ferramenta valiosa para futuras pesquisas. Ao identificar as assinaturas espectrais específicas associadas a essas estrelas, os astrônomos podem procurar outras galáxias que exibam características semelhantes, ampliando nossa compreensão sobre a formação e evolução das primeiras estrelas e galáxias no universo.

CONCLUSÃO 

A pesquisa de Wang e colaboradores representa um passo importante na jornada para desvendar os mistérios das primeiras estrelas. Ao identificar galáxias como RX J2129–z8He II e desenvolver métodos para estudar suas propriedades, os cientistas estão cada vez mais próximos de compreender as origens do universo e a formação das primeiras estruturas cósmicas. Este avanço não só enriquece nosso conhecimento científico, mas também inspira futuras gerações de astrônomos a explorar os confins do cosmos em busca de respostas sobre nossa própria existência.

IMAGENS

[1] Telescópio Espacial NASA/James Webb/Reprodução

[2] JWST image of the galaxy RX J2129–z8He II, which is gravitationally lensed by the foreground galaxy cluster RX J2129. [Wang et al. 2024]

FONTES

AAS Nova. Signs of the First Stars in a Distant Galaxy. 08 jul. 2024. Acesso em: 19 nov. 2025.

NASA. James Webb Space Telescope. NASA Science. Acesso em: 20 nov. 2025.

Observatório Nacional. Telescópio Espacial James Webb observa os aglomerados estelares mais distantes já vistos. 25 jun. 2024. Acesso em: 20 nov. 2025.

Space Today. Descoberta Do James Webb Pode Revelar Primeiras Estrelas do Universo. 11 jul. 2024. Acesso em: 20 nov. 2025.

Sputnik Brasil. JWST revela pistas das primeiras estrelas do cosmo, ampliadas por lente gravitacional (IMAGEM). 19 nov. 2025. Acesso em: 20 nov. 2025.