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A estrela que viveu antes do Big Bang
17/05/2015, 12:30 PM
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Coisas estranhas e inexplicáveis da ciência: a estrela que viveu antes do Big Bang

A estranha estrela é composta de 75% hidrogênio, 25% hélio, e possui apenas 0,00007% de elementos mais pesados

A estranha estrela é composta de 75% hidrogênio, 25% hélio, e possui apenas 0,00007% de elementos mais pesados

Ela não tem um nome muito cativante, mas a estrela SDSS J102915 + 172927 tem uma história única e enraizada nas suas origens inexplicáveis e um tanto misteriosas.

Localizada na constelação Leo, a estrela em questão, conhecida como estrela de Caffau, foi formada em torno de 13 bilhões de anos atrás, tornando-se uma das mais antigas de nosso universo conhecido. No entanto, os astrônomos ainda estão confusos sobre a forma como ela nasceu e tem sobrevivido todo esse tempo.

Descoberta uma sobrevivente

A estrela foi avistada pela primeira vez através do Very Large Telescope (“Telescópio Muito Grande”, em tradução livre), do Chile. O nome “Estrela do Caffau” foi dado em homenagem à Elisabetta Caffau, do Centro de Astronomia na Universidade de Heidelberg e do Observatório de Paris. Ela também foi o principal autora de um dos primeiros artigos sobre a tal estrela.

Como essa estrela foi descoberta?

Um censo detalhado do universo estava sendo feito quando cientistas notaram algo diferente sobre a composição dessa estrela específica.

Estrelas são feitas principalmente de hidrogênio e hélio com uma pequena quantidade de elementos mais pesados (metais). Estranhamente, a estrela de Caffau tem 20 mil vezes menos metais em comparação a estrelas típicas.

O pesquisador Hans-Günter Ludwig, que participou do estudo desta grande descoberta, acredita que a falta de lítio é particularmente “intrigante”. Ele sugere que a estrela pode apenas ser diferente, uma excentricidade do universo.

O que é normal

É normal para as estrelas terem composições diferentes no que diz respeito a quantidades de metais. Estrelas como o nosso sol, por exemplo, classificadas como “População I”, são relativamente jovens. Elas geralmente têm cerca de 4,5 bilhões de anos e são compostas por algo em torno de 2 a 3% de metais.

Já as estrelas mais velhas, classificadas como “População II”, têm algo entre 0,01% e 0,1% de metais. Estas estrelas representam os dois tipos que somos capazes de observar.

Há uma outra população de estrelas, no entanto, da qual nós nunca vimos nenhuma e (provavelmente) nunca veremos. As estrelas que não possuem estes metais em sua composição são classificadas como “População III”. No entanto, como mencionado anteriormente, isso é apenas uma teoria, porque elas nunca foram observadas.

Mas porque elas nunca foram observadas?

Bem, porque viveram há MUITO tempo. Por causa do enorme tamanho que os pesquisadores acreditam que elas têm, elas teriam queimado rapidamente quando o universo estava apenas começando.

Assim, se a estrela de Caffau é de fato uma estrela da População III, os astrônomos não têm ideia de como ela poderia ter sobrevivido tanto tempo.

Formação da estrela de Caffau

O Big Bang resultou na criação dos primeiros elementos que (eventualmente) formaram todo o universo. Hidrogênio, hélio e lítio foram os principais e, como resultado, estes são o que compuseram as primeiras estrelas.

As estrelas queimaram rapidamente e a sua pressão e calor intenso resultou na formação de elementos tais como carbono e oxigênio. De acordo com o período de tempo em que os cientistas acreditam que a estrela de Caffau se formou, esses metais teriam sido necessários para resfriar as nuvens moleculares, já que estrelas não devem ser capazes de se formar sem estes materiais.

No entanto, não há nenhum carbono ou oxigênio presente na estrela de Caffau. Além disso, o lítio, um elemento conhecido por ser abundante no universo nesse momento, também está faltando na fotosfera da estrela, o que é incomum.

Existe uma resposta possível?

Um estudante na Universidade Estadual da Pensilvânia, nos Estados Unidos, pode ter resolvido o mistério estrelar.  Nick Rufo e seu professor, Timothy Lawlor, sugerem que a estrela não se encaixa em nenhuma das populações estrelares anteriormente consideradas.2

Em vez disso, ela estaria na fase subgigante da evolução e, portanto, seria muito maior do que o inicialmente observado.

Quando uma estrela esgota seu hidrogênio do núcleo e começa a queimar hidrogênio em um escudo em torno de um núcleo de hélio crescente, ela ilumina, se expande e se torna uma “subgigante”. Isso é algo que normalmente acontece no caminho para uma estrela se tornar uma gigante vermelha.

Rufo suspeita que, para a composição observada de lítio corresponder, a estrela teria de ser significativamente menor em massa, o que não era provável com base na temperatura em que se encontrava.

Além destas observações, os pesquisadores também consideram outras variáveis, tais como a dos efeitos do assentamento gravitacional, elemento de difusão e força radiativa. Estes teriam um impacto significativo sobre a falta de metais presentes na estrela de Caffau.

Importância

A existência da estrela de Caffau apoia uma ideia interessante: talvez o Big Bang não seja um evento tão extraordinário assim.3 Em vez disso, pode haver múltiplas explosões médias que ocorrem periodicamente. Portanto, a estrela de Caffau pode ter existido antes da explosão que deu origem a muitos dos objetos em nosso universo conhecido. Isso explicaria por que sua composição não combina muito bem com as estrelas que conhecemos e seria o ponto de partida para um raciocínio extremamente intrigante.

No entanto, outra evidência parece refutar essa ideia.

“Alguns pesquisadores acreditam que houve apenas um Big Bang (no nosso universo observável, pelo menos). Essa explosão ocupou todos os lugares ao mesmo tempo, porque a evidência que vemos é que tudo no universo (em grandes escalas de distância) está se afastando de todo o resto. No caso de múltiplos Big Bangs, então, presumivelmente, a gente veria algumas galáxias distantes se movendo uma em direção a outra, ou, pelo menos, uma relação mais complexa entre a distância de objetos que vemos nas velocidades em que elas parecem estar se afastando de nós.” 4

Desde a descoberta da estrela do Caffau, os astrônomos localizaram outras estrelas semelhantes, o que os forçaram a repensar o cenário de formação estelar.

Conforme os estudos dessas estrelas continuam, mais peças sobre universo e suas origens provavelmente vão aparecer pelo caminho.

Hype Science

Referências:

1. J. MacDonald, T.M. Lawlor, N. Anilmis and N.F. Rufo “The extremely low metallicity star SDSS J102915+172927: a subgiant scenario” (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,  431, 1425, 12 Feb 2013, arXiv:1302.2957 [astro-ph.SR]) [Em PDF]

ABSTRACT

Spectroscopic analysis of the Galactic halo star SDSS J102915+172927 has shown it to have a very low heavy element abundance, Z < 7.4 10-7, with [Fe/H] = -4.89 plus/minus 0.10 and an upper limit on the C abundance of [C/H] < -4.5. The low C/Fe ratio distinguishes this object from most other extremely metal poor stars. The effective temperature and surface gravity have been determined to be Teff = 5811 plus/minus 150 K and log g = 4.0 plus/minus 0.5. The surface gravity estimate is problematical in that it places the star between the main sequence and the subgiants in the Hertzsprung-Russell diagram. If it is assumed that the star is on the main sequence, its mass and are estimated to be M = 0.72 plus/minus 0.06 Msun and L = 0.45 plus/minus 0.10 Lsun, placing it at a distance of 1.35 plus/minus 0.16 kpc. The upper limit on the lithium abundance, A(Li) < 0.9, is inconsistent with the star being a dwarf, assuming that mixing is due only to convection. In this paper, we propose that SJ102915 is a sub-giant that formed with significantly higher Z than currently observed, in agreement with theoretical predictions for the minimum C and/or O abundances needed for low mass star formation. In this scenario, extremely low Z and low Li abundance result from gravitational settling on the main sequence followed by incomplete convective dredge-up during subgiant evolution. The observed Fe abundance requires the initial Fe abundance to be enhanced compared to C and O, which we interpret as formation of SJ102915 occurring in the vicinity of a type Ia supernova.

2. “Student and professor solve astronomical mystery” (Penn State Brandywine, Apr 04, 2013)

3. “Most Mysterious Star Discovered In Constellation Leo” (Before It’s News, September 13, 2011)

4. “Could there have been multiple Big Bangs at different places in the universe? (Intermediate)” (Cornell University)


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