As simulações cosmológicas do projeto internacional MEGATRON revelaram que as primeiras estrelas do Universo geraram uma concentração estável de ferro que permanece intacta há mais de 13 bilhões de anos em pequenas galáxias vizinhas à Via Láctea. Os resultados mostram que supernovas de instabilidade de pares ocorridas na infância do cosmos enriqueceram o gás primordial e deixaram marcas químicas detectáveis até os dias de hoje.
Os dados constam de quatro artigos científicos publicados conjuntamente na quarta-feira (30) na revista The Open Journal of Astrophysics, apresentando os primeiros marcos da colaboração científica iniciada em 1 de janeiro de 2023. O trabalho coordenado a partir de Bath, no condado de Somerset, no Reino Unido, uniu pesquisadores de instituições internacionais para criar uma ponte física entre as imagens de galáxias remotas obtidas por telescópios espaciais e a chamada arqueologia estelar observada nas proximidades do nosso próprio sistema.
Como as primeiras estrelas marcaram as galáxias anãs vizinhas?
A pesquisa liderada pelo astrofísico computacional Martin P. Rey, docente do Departamento de Física da Universidade de Bath, demonstrou numericamente que as estrelas de População III expeliram grandes quantidades de ferro que foram aprisionadas pela gravidade de halos de matéria escura. Essas primeiras estrelas, formadas apenas pelo hidrogênio e pelo hélio resultantes do Big Bang, não tinham elementos pesados em sua formação original e explodiram em eventos cataclísmicos que modificaram todo o ambiente ao redor.
O modelo apontou que a radiação ultravioleta emitida no fundo Lyman-Werner quebrou as moléculas de hidrogênio e forçou a formação das estrelas seguintes em estruturas maiores, com massa da ordem de 10 milhões de massas solares. Esses halos retiveram os elementos químicos ejetados pelas supernovas em vez de dispersá-los no vácuo intergaláctico. Como resultado desse confinamento do gás enriquecido, as galáxias anãs simuladas com massa estelar de até 100 mil massas solares desenvolveram um patamar estável de metalicidade, com abundância média de ferro fixada na proporção de [Fe/H] em cerca de -2,5, valor centenas de vezes menor do que o encontrado no Sol.
Além desse grupo principal, as simulações do MEGATRON identificaram que cerca de 20% das galáxias anãs registraram uma escassez ainda mais acentuada de metais, fixando-se em índices de [Fe/H] inferiores ou iguais a -3. Essa dupla assinatura química fornece padrões numéricos concretos para que astrônomos comparem previsões teóricas diretamente com dados recolhidos por observatórios em terra e no espaço.
Elo entre o Telescópio James Webb e a arqueologia estelar
A colaboração científica estabeleceu conexões entre duas frentes distintas da astronomia contemporânea que costumavam trabalhar de maneira isolada. Enquanto instrumentos como o Telescópio Espacial James Webb registram a luz de sistemas originados nas primeiras centenas de milhões de anos cósmicos, o estudo de fósseis estelares analisa a composição de astros antigos que permanecem orbitando a Via Láctea.
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“O Telescópio Espacial James Webb nos dá um vislumbre direto do cosmos infantil, enquanto a arqueologia estelar nos permite estudar as relíquias desses primórdios em nossa própria vizinhança galáctica. O MEGATRON fornece uma ponte física entre os dois”, afirmou Martin Rey, em tradução livre. O astrofísico explicou que o projeto oferece uma estrutura comum para interpretar os dados complementares e testar modelos rivais sobre o comportamento das primeiras gerações estelares.
Entre os quatro estudos apresentados pela equipe, o astrofísico Harley Katz, da Universidade de Chicago e do Instituto Kavli de Física Cosmológica, chefiou a catalogação de uma biblioteca com mais de 175 mil espectros sintéticos de galáxias primordiais. As simulações reproduziram naturalmente a diversidade de linhas espectrais encontrada pelo James Webb em galáxias distantes de alto desvio para o vermelho. Os cálculos demonstraram ainda que essas estruturas remotas contêm gás mais denso, campos intensos de radiação e menor teor de metais quando confrontadas com galáxias de massa equivalente no Universo recente.
O terceiro pilar da publicação, conduzido sob a liderança do pesquisador Corentin Cadiou, do Instituto de Astrofísica de Paris, avaliou o meio circungaláctico e comprovou a sensibilidade dos telescópios a detalhes microscópicos da física do gás interestelar. Os pesquisadores registraram uma alteração de 40% na fração de cobertura de sistemas de hidrogênio neutro com absorção Lyman-alfa ao aplicarem cálculos de química fora de equilíbrio e radiação estelar direta, superando limitações de modelos cosmológicos tradicionais simplificados.
Dados da pesquisa científica do projeto MEGATRON
- Data da publicação: quarta-feira, 30 de setembro de 2026
- Instituição e local da liderança: Universidade de Bath, Somerset, Reino Unido
- Revista científica: The Open Journal of Astrophysics com quatro artigos simultâneos
- Volume da biblioteca espectral: mais de 175 mil espectros sintéticos de galáxias primordiais
- Abundância de ferro no patamar estável: [Fe/H] de aproximadamente -2,5 em galáxias de até 100 mil massas solares
- Percentual de galáxias muito deficientes em metais: cerca de 20% com [Fe/H] menor ou igual a -3
- Processamento concedido: 40 milhões de horas em supercomputadores nacionais do Reino Unido
Capacidade computacional e limites da observação física
Para expandir o alcance da pesquisa, os cientistas do MEGATRON receberam uma cota de 40 milhões de horas de processamento nos supercomputadores nacionais do Reino Unido. A alocação de tempo de cálculo equivale ao funcionamento contínuo de 5 milhões de computadores portáteis convencionais operando em paralelo durante um ano inteiro. A capacidade computacional será utilizada para aprimorar os modelos hidrodinâmicos com resoluções mais refinadas até a conclusão formal do projeto, prevista para 31 de dezembro de 2030.
Apesar da consistência física obtida nas simulações com estrelas de População III, os cientistas ressaltam que ainda não existe confirmação observacional direta de que o platô medido nas galáxias anãs reais decorre unicamente de supernovas de instabilidade de pares. A relação descrita pelo estudo consiste em uma previsão teórica numérica detalhada, formulada para orientar os próximos programas de observação profunda com telescópios de grande porte e o mapeamento químico de estrelas fósseis.