A água veio das estrelas? Artigo argumenta que as primeiras estrelas são responsáveis pela existência da água

Na busca pela vida fora da Terra, uma das componentes fundamentais é a água e até é um dos filtros para considerar planetas em zonas habitáveis. As zonas habitáveis seriam onde a existência de água em forma líquida é possível. A molécula de água é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio e é possível encontrar água em diferentes estados como líquido, gasoso e sólido.

Antigas observações astronômicas já confirmaram a existência de água no Universo, principalmente em forma de vapor e em forma de gelo. No próprio Sistema Solar, água em seu estado sólido foi encontrada nas luas Europa e Encélado. Alguns astrônomos acreditam que embaixo de uma camada de gelo em Europa pode existir água em estado líquido. Isso mostra que as moléculas de água são comuns no Universo e no processo de formação planetária.

Mas a grande pergunta é: de onde veio a água? Diversos pesquisadores tentam responder essa pergunta até mesmo estudando nebulosas de formação planetária. Um novo artigo sugeriu que a água poderia ter sido originada graças às primeiras estrelas do Universo e às supernovas ao final da vida delas. O oxigênio e o hidrogênio, expelidos durante essas explosões, poderiam se combinar em condições específicas para formar moléculas de água

Primeiras estrelas

As primeiras estrelas são conhecidas como estrelas de População III e se formaram algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. No começo do Universo, os únicos elementos disponíveis eram hidrogênio e hélio que formavam essas estrelas. Pela falta de elementos mais pesados, as primeiras estrelas eram grandes e quentes além de viver pouco tempo antes de entrar em supernova.

Durante esses primeiros milhões de anos do Universo, as estrelas dessa população foram a única luz no Universo. Até então, apenas hidrogênio e hélio estavam presentes devido a nucleossíntese primordial que aconteceu nos primeiros momentos do Big Bang. Essas estrelas tiveram um papel importante na química do Universo já que durante a vida elas formaram outros elementos mais pesados no processo de fusão.

Como estrelas formam outros elementos?

No início da vida de uma estrela ela converte hidrogênio em hélio por meio do processo de fusão, liberando energia suficiente para manter o equilíbrio hidrostático e sustentar seu brilho. A própria fusão acontece porque a gravidade exerce uma pressão suficiente para aquecer e desencadear esse processo. Durante suas vidas, elas continuam realizando fusão nuclear em seus núcleos.

Esse processo continua criando elementos mais pesados como carbono, oxigênio e ferro, dependendo da massa da estrela. Quando chegam ao final de suas vidas, estrelas massivas entram em supernova e dispersam elementos pelo espaço interestelar. Com isso, os elementos ficam disponíveis para formar outras estrelas e até mesmo planetas e outros objetos contendo elementos além de hidrogênio e hélio.

Ciclo CNO

Há diferentes reações nucleares que acontecem dentro das estrelas dependendo da sua massa e dos elementos envolvidos. Um desses ciclos é chamado de ciclo carbono-nitrogênio-oxigênio ou ciclo CNO. Nesse processo, carbono, nitrogênio e oxigênio facilitam a fusão nuclear em estrelas mais quentes e mais massivas. Outro ciclo possível é o próton-próton que é presente em estrelas menores.

O carbono que foi formado durante os processos de fusão ou que estava presente é convertido em outros isótopos como nitrogênio-14 e oxigênio-15. Depois, uma espécie de reciclagem acontece onde se retorna ao carbono. Isso mostra como oxigênio, carbono, nitrogênio estão presentes no processo de fusão junto com hélio e hidrogênio. Ao final da vida, esses elementos são espalhados no meio interestelar.

Estrelas responsáveis pela água?

Em um novo artigo, um grupo de astrônomos estudou essas supernovas desde estrelas pequenas até estrelas com centenas de vezes a massa do Sol. Essas estrelas eram compostas por hidrogênio e hélio somente ou como uma quantidade de metal extremamente baixa. Eles fizeram diversas simulações onde as supernovas tradicionais e supernovas de instabilidade de par aconteceram.

Ao analisar o resultado das simulações após as supernovas, o grupo encontrou que as estrelas enriqueceram o ambiente interestelar com moléculas de água. As nuvens moléculas que se formaram com o material que as estrelas espalharam continham 10 a 30 vezes mais água que as nuvens observadas hoje. O estudo indica que uma parte da água que vemos hoje pode ter vindo das primeiras estrelas do Universo.

Referência da notícia

Whalen et al. 2025 Abundant Water from Early Supernovae at Cosmic Dawn arXiv