Simulações do projeto MEGATRON conectam as observações de galáxias distantes feitas pelo Telescópio James Webb aos vestígios químicos preservados em estrelas antigas da Via Láctea. O objetivo é reconstruir como as primeiras estrelas nasceram e espalharam os elementos que mais tarde formariam novas estrelas, planetas e outros corpos.
Antes de existirem estrelas, galáxias e planetas, o Universo era muito diferente do cosmos que observamos hoje. A matéria era composta principalmente por hidrogênio e hélio, os elementos mais simples. Não havia ainda quantidades significativas de carbono, oxigênio, ferro e outros elementos pesados que hoje fazem parte das rochas, das atmosferas planetárias e dos organismos vivos.
Essa situação começou a mudar quando as primeiras estrelas se formaram. Em seus interiores, processos nucleares produziram elementos mais pesados. Algumas dessas estrelas terminaram suas vidas em explosões de supernova, lançando parte desse material para o espaço. A matéria enriquecida pôde então ser incorporada por novas gerações de estrelas e sistemas planetários.
Entender essa transformação é uma das metas do projeto MEGATRON, uma colaboração internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Bath, no Reino Unido, com cientistas da Universidade de Chicago e do Instituto de Astrofísica de Paris. Em 30 de setembro de 2026, a equipe publicou quatro estudos que apresentam os primeiros resultados abrangentes do projeto.
Duas maneiras de investigar o Universo jovem
A equipe busca aproximar duas fontes diferentes de informação sobre o passado cósmico. Uma delas vem do Telescópio Espacial James Webb, que observa galáxias muito distantes como eram quando o Universo ainda era jovem. Como a luz leva tempo para chegar até nós, olhar para esses objetos distantes é também observar etapas antigas da história cósmica.
A outra fonte está muito mais perto: são estrelas antigas da Via Láctea e de galáxias vizinhas. Embora tenham se formado depois das primeiras estrelas, algumas preservam em sua composição química pistas dos materiais presentes em sua região de origem. Os astrônomos estudam esses elementos como quem examina um registro fóssil da evolução do Universo.
Essa abordagem é chamada, às vezes, de arqueologia estelar. A ideia é reconstruir acontecimentos antigos a partir das características de estrelas que ainda existem. A quantidade relativa de elementos como carbono, oxigênio e ferro pode ajudar a indicar como era o gás que formou essas estrelas e quais processos o enriqueceram antes de seu nascimento.
O desafio é ligar essas pistas químicas às galáxias muito jovens vistas pelo Webb. As observações mostram a luz de galáxias distantes, enquanto as estrelas antigas guardam informações sobre gerações anteriores. As simulações do MEGATRON oferecem um modelo físico para relacionar os dois registros e testar explicações diferentes sobre as primeiras estrelas.
Uma galáxia acompanhada ao longo de bilhões de anos
Nos modelos, os pesquisadores começam com gás primordial sem elementos pesados, reproduzindo condições semelhantes às do Universo pouco depois do Big Bang. A partir daí, os cálculos acompanham a formação das primeiras estrelas, a radiação que elas emitem, as explosões que marcam o fim de algumas delas e a dispersão de elementos recém-produzidos.
As simulações acompanham também o movimento do gás e as mudanças em sua composição química ao longo do tempo. O sistema modelado é uma galáxia jovem que deve crescer e, no futuro, alcançar uma massa comparável à da Via Láctea. Assim, os cientistas podem investigar como a luz das estrelas altera o gás ao redor e como esse gás, enriquecido por gerações anteriores, participa da formação de novos astros.
Um dos pontos centrais do projeto é tratar em conjunto processos que podem ser simplificados ou separados em modelos menos detalhados: a propagação da radiação estelar, o movimento do gás e a evolução dos elementos químicos. Segundo a equipe, simulações mais simples podem subestimar a influência da luz e da química das estrelas sobre o material que envolve as galáxias.
Ao empregar modelos de alta resolução, os pesquisadores conseguiram representar estruturas do gás que poderiam passar despercebidas em cálculos menos detalhados. Essas diferenças importam porque o gás é o combustível para a formação de novas estrelas. Se sua distribuição, temperatura ou composição forem calculadas de maneira incompleta, as previsões sobre o crescimento das primeiras galáxias também podem mudar.
Quatro estudos, diferentes peças do problema
Os quatro trabalhos publicados pelo MEGATRON representam o primeiro conjunto substancial de resultados da colaboração. Eles investigam diferentes aspectos da ligação entre as primeiras estrelas, a evolução química das galáxias e as observações disponíveis. Um dos estudos, por exemplo, analisa como as primeiras estrelas poderiam produzir um platô na abundância de ferro em algumas das menores galáxias anãs.
Em astronomia, a palavra metalicidade descreve a quantidade de elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio. Um padrão na abundância de ferro pode, portanto, ajudar a limitar as condições em que as primeiras estrelas nasceram e como elas enriqueceram o gás ao redor. O resultado não é uma fotografia dessas estrelas: é uma previsão produzida pelos modelos, que pode ser confrontada com a composição de estrelas antigas observadas.
O valor da abordagem está justamente nessa comparação. Se uma simulação reproduz tanto as características das galáxias jovens observadas pelo Webb quanto os padrões químicos encontrados em estrelas antigas, ela oferece uma explicação mais consistente para a evolução entre essas épocas. Se os dados não combinarem, os modelos precisarão ser revistos — ou será necessário considerar processos físicos ainda não incluídos.
Um retrato construído por modelos e observações
As primeiras estrelas são difíceis de estudar diretamente. Elas se formaram em uma época muito distante e não devem ser confundidas com as estrelas antigas que ainda podemos observar na Via Láctea. Por isso, os astrônomos combinam registros diferentes: a luz de galáxias jovens, a composição de estrelas próximas e simulações que tentam reproduzir as condições do Universo primordial.
Os resultados do MEGATRON não significam que todas as etapas da formação das primeiras estrelas já estejam esclarecidas. Simulações dependem das hipóteses e dos processos físicos incluídos nos cálculos, e suas previsões precisam ser confrontadas continuamente com novas observações. A contribuição dos estudos é estabelecer uma estrutura mais detalhada para fazer essa comparação.
O projeto começou em 2023 e está previsto para continuar até 2030. A equipe prepara uma nova geração de simulações com maior resolução e modelos físicos mais completos, usando recursos de supercomputação do Reino Unido. Com o avanço das observações do Webb e de grandes levantamentos de estrelas da Via Láctea, os pesquisadores esperam testar com mais precisão como as primeiras gerações estelares iluminaram o cosmos e distribuíram os elementos que hoje compõem o Universo.
Fontes: Universidade de Bath — apresentação dos estudos do MEGATRON · The Open Journal of Astrophysics — um dos estudos publicados
