O universo tinha apenas 100 milhões de anos de idade quando as primeiras estrelas já se incendiaram. Muito cedo, a matéria escura amplificou as não homogeneidades na estrutura do universo, de modo que havia áreas com maior concentração de hidrogênio. Isto se agrupou e, como ainda hoje acontece, formou-se uma estrela. Estes primeiros faróis cósmicos, que hoje são chamados de “População III”, são dificilmente comparáveis com nosso sol. Eles devem ter consistido principalmente de hidrogênio e hélio – quanto mais não fosse porque não havia outros elementos no universo primitivo. É assim que essas estrelas devem ser reconhecidas – o espectro de uma estrela nos diz sua estrutura. Em contraste, cerca de 1,8% da massa do nosso sol consiste em elementos pesados. Devido à menor massa dos componentes, porém, uma estrela População III tinha que ser muito maior que o Sol – estima-se que as primeiras estrelas pesavam pelo menos 100 massas solares. Eles queimaram rápido e quente e, portanto, podem ter falecido há muito tempo em uma supernova. No entanto, é possível observá-los: Em galáxias distantes, cuja luz leva tanto tempo para chegar até nós que podemos olhar profundamente para o passado. Pelo menos é isso que os astrônomos esperam, pois até agora sua busca não foi bem sucedida.

Mas também podem ser encontrados vestígios da População III em outros lugares. Ao analisar um dos mais distantes quasares conhecidos com o telescópio Gemini North, os astrônomos acreditam agora ter identificado os restos da explosão de uma estrela de primeira geração. Usando um novo método para determinar os elementos químicos nas nuvens que circundam o quasar, eles encontraram uma composição altamente incomum – o material continha mais de dez vezes mais ferro que magnésio, em comparação com a proporção desses elementos em nosso Sol. Os cientistas acreditam que a explicação mais provável para esta característica marcante é que o material foi deixado para trás por uma estrela de primeira geração que explodiu como uma supernova instável. Estas versões notavelmente poderosas de explosões de supernovas nunca foram observadas, mas pensa-se que acabam com a vida de estrelas gigantes com massas entre 150 e 250 vezes maiores do que a do Sol.

Explosões de supernovas em pares ocorrem quando os fótons no centro de uma estrela se transformam espontaneamente em elétrons e positrões – a contraparte de antimatéria com carga positiva do elétron. Esta transformação reduz a pressão da radiação dentro da estrela para que a gravidade possa ser superada, levando ao colapso e subsequente explosão. Ao contrário de outras supernovas, estes eventos dramáticos não deixam para trás restos estelares, como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, mas ejetam todo seu material no ambiente. Há apenas duas maneiras de encontrar provas para estes eventos. A primeira é pegar uma supernova de duas mesas quando isso acontece, o que é uma coincidência altamente improvável. A outra é identificar sua assinatura química a partir do material que eles ejetam no espaço interestelar. Para suas pesquisas, os astrônomos examinaram os resultados de uma observação anterior. Um espectrógrafo decompõe a luz emitida por objetos celestes em seus comprimentos de onda individuais, que fornecem informações sobre os elementos que os objetos contêm. Entretanto, derivar as quantidades dos elementos individuais é uma tarefa difícil, pois o brilho de uma linha em um espectro depende de muitos outros fatores que não apenas da abundância do elemento.

Dois co-autores da análise, Yuzuru Yoshii e Hiroaki Sameshima da Universidade de Tóquio, abordaram este problema desenvolvendo um método que utiliza a intensidade dos comprimentos de onda em um espectro quasar para estimar a abundância dos elementos ali presentes. Quando analisaram o espectro quasar utilizando este método, eles e seus colegas descobriram a impressionante relação baixa de magnésio e ferro. “Era óbvio para mim que o candidato à supernova seria uma supernova de uma estrela da População III, onde a estrela inteira explode sem deixar um resto”, disse Yoshii. “Fiquei satisfeito e um pouco surpreso que uma supernova de uma estrela com uma massa cerca de 300 vezes maior do que a do Sol produzisse uma proporção de magnésio para o ferro consistente com o baixo valor que derivamos para o quasar”.

A busca por evidências químicas de uma geração anterior de estrelas maciças da População III já foi conduzida por outros pesquisadores entre as estrelas da Via Láctea, e pelo menos uma identificação preliminar foi apresentada em 2014. Entretanto, Yoshii e seus colegas acreditam que o novo resultado proporciona a assinatura mais clara de uma supernova instável, baseada na relação extremamente baixa de abundância de magnésio e ferro neste quasar. Se é de fato uma das primeiras estrelas e os restos de uma supernova de duas mesas, esta descoberta ajudará a completar nosso quadro de como a matéria no Universo evoluiu para o que é hoje, incluindo nós mesmos. Para testar esta interpretação mais detalhadamente, muitas outras observações são necessárias para ver se outros objetos têm características semelhantes.