Os mundos habitáveis surgem antes das galáxias?

O que veio primeiro: galáxias ou planetas?

Tradicionalmente, a resposta sempre foi galáxias. No entanto, pesquisas inovadoras estão começando a desafiar essa crença de longa data. Será que planetas habitáveis poderiam ter se formado antes mesmo de as galáxias existirem?

Logo após o Big Bang, o Universo era um lugar simples, composto quase inteiramente de hidrogênio (cerca de 75% da massa) e hélio (os 25% restantes), com traços de lítio e, possivelmente, berílio. Elementos mais pesados, cruciais para a formação de planetas rochosos, simplesmente não existiam. Somente após vários milhões de anos, quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a se formar, é que processos como a fusão nuclear e as supernovas começaram a forjar esses elementos mais pesados. Gerações sucessivas de estrelas enriqueceram o Universo com esses materiais, possibilitando, eventualmente, a formação de planetas rochosos e potencialmente habitáveis — uma suposição fundamental na astronomia.

No entanto, uma nova pesquisa conduzida por Daniel Whalen e sua equipe no Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth propõe uma ideia radical. O estudo, intitulado “Habitable Worlds Formed at Cosmic Dawn” e disponível no arXiv.org, sugere que planetas habitáveis podem ter surgido durante o Alvorecer Cósmico, antes mesmo da formação das galáxias.

A hipótese gira em torno das supernovas primordiais — as mortes explosivas das primeiras estrelas do Universo, conhecidas como estrelas da População III. Essas estrelas eram extraordinariamente massivas, viveram apenas alguns milhões de anos e terminaram suas vidas em espetaculares supernovas de instabilidade de pares, atingindo o pico por volta do redshift 20. Simulações indicam que essas estrelas se formaram em halos de matéria escura onde a temperatura permitia o acúmulo de hidrogênio molecular.

Quando essas primeiras estrelas explodiram, as supernovas resultantes enriqueceram seus arredores com elementos pesados, criando condições favoráveis para a formação de planetas rochosos. De acordo com as simulações de Whalen e sua equipe utilizando o código Enzo, estrelas de baixa massa poderiam ter se formado após essas explosões. Ao redor dessas estrelas, planetesimais poderiam se aglutinar, levando à formação de mundos rochosos e potencialmente habitáveis — tudo isso antes da formação das primeiras galáxias.

O processo começa com uma estrela de aproximadamente 200 massas solares. Uma estrela dessa magnitude queimaria intensamente, mas brevemente, vivendo apenas cerca de 2,6 milhões de anos antes de explodir como uma supernova de instabilidade de pares. A explosão dispersa elementos pesados, enriquecendo a bolha ao redor com alta metalicidade. Em cerca de 3 milhões de anos, instabilidades hidrostáticas no material enriquecido poderiam desencadear a formação de um núcleo denso, levando ao nascimento de uma estrela de baixa massa, cerca de 35 massas solares, e possivelmente planetas rochosos em órbita.

“Todos os pré-requisitos conhecidos para a formação de planetas nesse núcleo foram atendidos: crescimento da poeira, aumento da poeira em uma zona morta, início da instabilidade de fluxo e conversão da poeira em planetesimais”, explicam os autores.

Este estudo se destaca das pesquisas anteriores ao examinar os efeitos únicos das supernovas de instabilidade de pares (PI). Quando essas explosões massivas ocorrem, elas geram gás de alta metalicidade, que esfria mais rapidamente. Esse processo de resfriamento acelerado permite que a próxima geração de estrelas se forme mais rapidamente, abrindo caminho para a criação de planetesimais e planetas.

Na simulação, surgiu uma protostar com uma massa de 0,3 vezes a massa do Sol. Ao seu redor, planetesimais começaram a se formar em uma faixa de 0,46 a 1,66 UA. Como a água é essencial para a vida, o estudo também explorou a disponibilidade de água neste sistema solar jovem. Surpreendentemente, os resultados revelaram um conteúdo de água comparável ao do nosso próprio Sistema Solar.

Os planetesimais se formaram dentro do disco circumstelar que rodeava a estrela de baixa massa, gradualmente se aglutinando em planetas. Graças às supernovas primordiais, elementos como carbono, oxigênio e ferro—blocos fundamentais para planetas rochosos e potencialmente para a vida—já estavam presentes.

O que é verdadeiramente notável é a implicação de que esse processo pode ter ocorrido antes da formação das primeiras galáxias. Se confirmado, isso poderia redefinir nossa compreensão da história do Universo e do surgimento da vida. No entanto, essa conclusão é baseada em uma única simulação. O próximo passo é determinar como as observações podem substanciar essas descobertas.

“Esses planetas poderiam ser detectados como mundos extintos ao redor de estrelas antigas e com baixo teor de metal na Galáxia em futuros levantamentos de exoplanetas”, escrevem Whelan e seus colegas pesquisadores em seu artigo.

Os autores sugerem que, sob as condições certas, planetas rochosos poderiam ter se formado ainda mais cedo do que suas simulações indicam. Se isso for verdade, isso poderia alterar drasticamente nossa compreensão da linha do tempo evolutiva do Universo.

No entanto, essa hipótese depende da existência de supernovas primordiais. Embora haja algumas evidências que apoiem sua ocorrência, confirmar sua existência continua sendo um desafio. Observar essas supernovas é extremamente difícil devido às suas vastas distâncias e fraca luminosidade, já que ocorreram nos primeiros períodos do Universo—muito além do alcance da tecnologia observacional atual.

Aumentando a incerteza estão as estrelas da População III, consideradas as progenitoras das supernovas primordiais. Detalhes chave sobre essas estrelas, incluindo suas massas, durações de vida e mecanismos de explosão, continuam mal compreendidos. Além disso, os astrônomos ainda estão montando uma imagem coerente das condições extremas no início do Universo. Essas camadas de incerteza ressaltam a complexidade de explorar esta fronteira da história cósmica.

Apesar desses desafios, a existência das supernovas primordiais não pode ser descartada. Como resultado, os astrônomos também não podem descartar a possibilidade de planetas habitáveis muito precoces terem se formado na infância do Universo.

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Por enquanto, não há uma maneira definitiva de provar ou refutar as descobertas desta pesquisa. No entanto, ela oferece uma nova perspectiva intrigante e abre a porta para novas possibilidades, desafiando nossas suposições sobre o tempo e as condições necessárias para que mundos habitáveis surjam.