Aglomerado estelar “anêmico” desafia descrição atual da infância do Universo

Uma equipe de astrônomos descobriu um aglomerado globular com uma quantidade muito pequena de metais em sua composição química – algo que, até então, pensava-se ser impossível. Essa observação inédita contraria ideias bem-estabelecidas sobre a formação de galáxias e aglomerados de estrelas na infância do Universo.

Há essencialmente dois tipos de aglomerados de estrelas. Os abertos tem forma irregular; consistem em algumas poucas estrelas jovens e dispersas. Os globulares, por sua vez, contêm milhares (ou até milhões) de estrelas mais antigas. Esse megazord assume uma forma esférica bem definida, como você pode observar no zoom da foto acima. Daí o nome “globular”.  

Por fim, uma distinção importante: aglomerados não são a mesma coisa que galáxias. Eles são estruturas menores, que fazem parte das galáxias.

A origem dos aglomerados globulares não é totalmente compreendida. Como são muito antigos, os astrônomos acreditam que eles tenham se formado dentro de galáxias menores nas primeiras fases do Universo – e que só depois essas galáxias nanicas tiveram tempo de se juntar a outras pequenas para formar galáxias maiores, como a Via Láctea ou Andrômeda, nossa vizinha.

A questão é que as galáxias pioneiras em fabricação de aglomerados não podem ter sido tão nanicas assim. O motivo é o seguinte: as observações empíricas mostram que todos os aglomerados têm estrelas com uma quantidade considerável de elementos pesados da tabela periódica em sua composição. E as primeiras galáxias não tinham esses elementos para oferecer. 

Universo: as origens

Na infância do Universo, havia basicamente dois elementos: hidrogênio (H) e hélio (He). E as primeiras estrelas eram feitas só com esses dois. O resto da tabela periódica – ferro, silício, magnésio e por aí vai – foi fabricado com o passar de bilhões de anos, graças à fusão de átomos que ocorre no núcleo das estrelas maiores, dentre outros fenômenos.  

Assim, uma estrela que se forma hoje, além do H e do He, contém porcentagens pequenas de elementos mais pesados, gerados por estrelas que viveram e morreram no passado. Esses elementos, em geral, são metais. Por isso, os astrônomos se referem à procentagem de elementos que não são H nem He como metalicidade.

Existe uma relação bem-estabelecida entre o tamanho de uma galáxia e a sua metalicidade. E também existe uma relação bem-estabelecida entre o tamanho de uma galáxia e a presença de algomerados globulares: só galáxias grandes podem conter aglomerados gordinhos.

Por isso, era natural supor que todo aglomerado globular também fosse bastante metálico. E as observações confirmavam isso. Daí a afirmação feita alguns parágrafos atrás: uma galáxia muito jovem e pequena, na infância do Universo, não tinha a matéria-prima (nem em quantidade, nem em metalicidade) para formar um aglomerado.

A nova descoberta, publicada no periódico Science, desafia essa ideia. No artigo, os cientistas descrevem o aglomerado globular RBC EXT8, um dos mais brilhantes da galáxia de Andrômeda.

As estrelas desse aglomerado são bastante anêmicas – têm, em média, 800 vezes menos ferro do que o nosso Sol, e quase não possuem magnésio. Isso torna o aglomerado três vezes mais pobre em metais pesados do que o aglomerado mais anêmico conhecido até então.

Segundo a equipe, isso indica que o aglomerado se formou nas primeiríssimas fases do Universo, quando havia basicamente hélio e hidrogênio.

A existência desse aglomerado globular, portanto, põe em xeque a compreensão atual de como essas estruturas se formam. “O aglomerado que encontramos é muito grande e muito deficiente em metais para ter se formado em uma das pequenas galáxias que imaginamos ter se fundido com outras para formar a Galáxia de Andrômeda”, explicou à SUPER Søren S. Larsen, autor do estudo e pesquisador da Universidade Radboud, na Holanda.

“Aglomerados globulares com uma metalicidade tão baixa deveriam ter massas inferior a cem mil sóis. Como essas estruturas se formaram cedo na história do Universo, um aglomerado tão leve não deveria sobreviver até os dias de hoje.”

Todos os outros aglomerados estudados até hoje parecem cumprir o “mínimo de metalicidade” teorizado pelos modelos atuais. A equipe ainda não sabe se estruturas grandes e anêmicas como a RBC EXT8 são mais comuns do que se imagina ou se de fato são exceções. De qualquer forma, o estudo indica que os modelos vigentes sobre formação de galáxias e aglomerados estelares ainda precisam ser aperfeiçoados.

“Provavelmente precisamos olhar com mais cuidado para algumas das suposições que usamos nos modelos de formação de galáxias e aglomerados. Em particular, as suposições sobre a relação entre massa e metalicidade das galáxias no Universo primitivo ainda são bastante incertas, e objetos como EXT8 podem ajudar a definir isso melhor.”