A Via Láctea abriga uma estrela com uma assinatura química única, indicativa de uma colossal explosão estelar de uma era passada, chamada aurora cósmica. Esta estrela, denominada J0931+0038, possui uma composição peculiar, sugerindo sua origem a partir dos restos de uma estrela imensa, com pelo menos 50 vezes a massa do Sol. Tal estrela, antes de se tornar uma supernova, teria sintetizado os elementos presentes em J0931+0038.
O astrônomo Alex Ji, da Universidade de Chicago e do Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que liderou esta pesquisa, comenta: “Nunca vimos nada parecido”. A singularidade da supernova progenitora de J0931+0038 levou ao seu apelido, a ‘Estrela Barbenheimer’, nomeada por sua extraordinária nucleossíntese.
Entender a produção de elementos no universo está predominantemente ligado às atividades estelares. Após o Big Bang, há aproximadamente 13,8 bilhões de anos, o universo esfriou, permitindo a formação de átomos. Isso resultou em um cosmos preenchido principalmente por hidrogênio e algum hélio, as matérias-primas para as primeiras estrelas. As estrelas atuam como fábricas de elementos, criando novos materiais através da nucleossíntese. Esse processo, alimentado pela fusão nuclear no núcleo da estrela, envolve a combinação de átomos para formar elementos mais pesados. No entanto, esse processo de fusão cessa no ferro, pois fundir ferro em elementos mais pesados consome mais energia do que produz, sinalizando o fim para a estrela.
O evento da supernova, a morte explosiva de uma estrela, facilita a criação de elementos ainda mais pesados em um ambiente extremamente energético. Esses elementos, tanto produtos de fusão quanto outros, são ejetados no espaço, eventualmente se tornando parte de futuras gerações de estrelas.
A composição elemental das estrelas fornece insights sobre sua história. Por exemplo, estrelas formadas mais recentemente possuem quantidades maiores de elementos mais pesados que o hélio, um fator usado na estimativa da idade de uma estrela. Além disso, a presença de diferentes elementos pode revelar informações sobre gerações anteriores de estrelas, onde esses elementos mais pesados foram inicialmente formados.
A estrela incomum J0931+0038, uma gigante vermelha de baixa massa, reside no halo galáctico da Via Láctea. Esta região, que circunda o disco da galáxia, é conhecida por abrigar muitas estrelas antigas e peculiares. É nessas estrelas que os astrônomos frequentemente encontram pistas sobre a história inicial do universo.
O SDSS observou J0931+0038 pela primeira vez em 1999, embora não tenha sido capturada em cores na época. Somente em 2019 uma observação de acompanhamento revelou o espectro completo de luz da estrela, crucial para determinar sua composição química. Cada elemento absorve e reemite luz em comprimentos de onda específicos, tornando o espectro uma ferramenta chave para análise.
O espectro de J0931+0038 revelou uma composição química sem precedentes. Ele exibiu uma presença incomumente baixa de elementos de número ímpar na tabela periódica, como sódio e alumínio, mas era rico em elementos próximos ao ferro, como níquel e zinco. Notavelmente, a estrela tinha níveis anormalmente altos de elementos mais pesados que o ferro, como estrôncio e paládio.
Impressão artística das estranhas abundâncias químicas de J0931+0038. (Universidade de Chicago/SDSS-V/Melissa Weiss)
Jennifer Johnson, astrônoma da Universidade Estadual de Ohio, observa: “Às vezes vemos uma dessas características por vez, mas nunca vimos todas elas na mesma estrela”. Essa combinação única de abundâncias elementares desafiou os modelos existentes de evolução estelar e nucleossíntese.
A equipe de pesquisa deduziu que a maioria dos metais em J0931+0038 se originou de uma única fonte nucleossintética extremamente pobre em metais. Essa fonte é acreditada ser uma estrela massiva, 50 a 80 vezes a massa do Sol, que explodiu, dispersou seus conteúdos no espaço e, subsequentemente, formou a nuvem de material da qual J0931+0038 emergiu.
A sequência de eventos que levou à formação e descoberta de J0931+0038. (NASA, ESA, CSA, StSci, Universidade de Chicago, SDSS-V, S5, Melissa Weiss, James Josephides, Yuri Beletsky)
A expectativa de que uma estrela de tais proporções massivas colapsasse em um buraco negro em vez de explodir adiciona complexidade a esse cenário. Sanjana Curtis, astrônoma da Universidade da Califórnia, Berkeley, e co-líder da pesquisa, afirma: “Incrivelmente, nenhum modelo existente de formação de elementos pode explicar o que vemos”. Os padrões de elementos em J0931+0038 parecem quase autocontraditórios, representando um desafio significativo ao entendimento científico atual.
Essa descoberta apresenta um enigma ainda a ser resolvido. Pesquisas futuras, incluindo a busca por mais estrelas com características ímpares semelhantes e modelagem de seus processos de formação, serão importantes para desvendar o mistério de como a ‘Estrela Barbenheimer’ viveu, morreu e deixou sua impressão química única para descobrirmos eons mais tarde.
As descobertas da equipe foram aceitas para publicação nas Cartas do Jornal Astrofísico e estão disponíveis no servidor de pré-impressão arXiv.
