O universo inicial pode ter repleto de estrelas movidas pela matéria escura

Comparação de matéria normal e matéria escura

Esta imagem em cores falsas, obtida pelo Telescópio Espacial Hubble, compara a distribuição da matéria normal (vermelha, esquerda) com a da matéria escura (direita, azul). A matéria escura constitui a maior parte da matéria do universo, mas só pode ser vista por seus efeitos gravitacionais. A capacidade do HST de capturar a deformação do espaço ajudou os cientistas a medir a distribuição da matéria escura. Os astrônomos acham que a matéria escura poderia ter alimentado as primeiras estrelas. (Crédito da imagem: NASA, ESA e R. Massey (Instituto de Tecnologia da Califórnia))



Algumas das primeiras estrelas do universo estão muito distantes para serem vistas, mas se seus núcleos ígneos são alimentados por matéria escura pode ser determinado pelo brilho ao seu redor, dizem os cientistas.

Se essa matéria elusiva realmente fornecer energia a essas estrelas, os atuais telescópios infravermelhos seriam capazes de detectar a luz resultante, e as assinaturas de luz seriam diferentes das de estrelas, como o nosso sol, que dependem da fusão.





A matéria escura nunca foi detectada diretamente e só pode ser estudada por seus efeitos gravitacionais nos corpos visíveis. Mas sua presença dominante - acredita-se que compõe 96% do universo - pode ter desempenhado um papel significativo na criação das primeiras estrelas, dizem os pesquisadores.

Essas estrelas movidas a matéria escura, ou estrelas escuras, brilham fortemente, independentemente de seu nome. E embora a luz estelar individual esteja muito distante para ser medida, os astrônomos podem aprender muito olhando para a luz combinada das primeiras estrelas do universo, incluindo aquelas alimentadas por matéria escura. [Galeria de infográficos: a história e a estrutura do universo]



Em um novo estudo, uma equipe de astrônomos calculou a quantidade de luz que as estrelas escuras produziriam e determinou que seu brilho deveria ser visível em comprimentos de onda infravermelhos, detectáveis ​​pelos telescópios atuais.

Brilho da cidade



A luminosidade estelar, combinada com a luz produzida pelas galáxias, cria um halo de luz semelhante ao brilho difuso acima de uma cidade de muitas lâmpadas individuais. Ao estudar esse brilho geral, os cientistas pretendem compreender mais sobre suas fontes individuais de luz.

Na analogia da cidade, os cientistas poderiam comparar a luz total esperada se todas as suas fontes fossem lâmpadas fracas, em vez de holofotes brilhantes, permitindo-lhes colocar limites nas propriedades mínimas e máximas de cada lâmpada.

Para essas estrelas antigas, os astrônomos têm propriedades restritas, como a relação entre massa e brilho, por quanto tempo uma estrela pode ser alimentada por matéria escura e taxas de formação de estrelas. [ Vídeo: Dark Matter em 3D ]

Como a luz demora muito para viajar grandes distâncias, os objetos astronômicos mais distantes que detectamos são geralmente os mais antigos. Ao focar no brilho produzido por essas fontes antigas e distantes, os astrônomos podem examinar com eficácia a luz de fundo extragaláctica produzida pelas primeiras estrelas.

'Uma vez que não é possível estudar formação de estrelas no início do universo diretamente, confia-se nos resultados de simulações numéricas ', Andreas Maurer e Martin Raue, da Universidade de Hamburgo, na Alemanha, disseram ao SPACE.com por e-mail.

Os astrônomos esperam que, ao estudar esse brilho de fundo, eles possam determinar se grupos de estrelas são alimentados por matéria escura ou pelo método mais familiar de fusão.

As descobertas dos pesquisadores aparecem na edição de fevereiro do Astrophysical Journal.

Alimentado pelo invisível

As estrelas se formam quando a gravidade atrai o material no espaço.

À medida que nuvens de hidrogênio e hélio - os únicos dois elementos presentes no início do universo - entraram em colapso, a matéria escura capturada no meio seria comprimida.

Acredita-se que a matéria escura, assim como a matéria normal, tenha um irmão estranho chamado antimatéria. 'Cada partícula do universo tem uma antipartícula', explicou o astrofísico da Universidade de Chicago Douglas Spolyar, que não esteve envolvido na nova pesquisa, mas estudou como a matéria escura pode ter alimentado estrelas precoces.

Quando uma partícula e sua antipartícula se encontram, explicou Spolyar, elas se aniquilam mutuamente, decaindo em fótons, elétrons e pósitrons. À medida que essas partículas mais leves interagem com o meio que as cerca, elas o aquecem. Se esse meio estivesse no centro de uma estrela recém-formada, a aniquilação da matéria escura poderia substituir o processo de fusão e alimentar o núcleo estelar.

Da mesma forma, se uma estrela estabelecida capturasse matéria escura o suficiente, a destruição de partículas e antipartículas de matéria escura poderia substituir a fusão como fonte de energia.

'Essa pressão adicional' explode 'a estrela, reduzindo assim a fusão nuclear', disseram os pesquisadores.

O processo é poderoso o suficiente para que apenas cerca de 1 por cento da massa estelar teria que ser matéria escura para assumir o controle.

Estrelas escuras hoje

Estrelas escuras são maiores e mais frias do que suas contrapartes com combustível convencional. Eles também duram mais do que estrelas impulsionadas pela fusão.

'Dado um suprimento suficiente de matéria escura, as estrelas escuras também podem ter vidas que excedem a idade do universo - elas ainda podem existir hoje', disse Maurer.

E estrelas escuras ainda podem estar se formando.

'As densidades de matéria escura podem ser bilhões de vezes maiores no centro da galáxia, onde as estrelas podem capturar muito mais matéria escura', disse Spolyar. 'Estrelas escuras podem estar espreitando no centro da galáxia.'

À medida que medições mais precisas da luz de fundo extragaláctica são feitas, os astrônomos serão mais capazes de restringir as estrelas de matéria escura. Instrumentos como os do futuro Telescópio Espacial James Webb podem ajudar a refinar esses números.

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