O telescópio Hubble detectou a estrela mais distante já observada

Quando o renomado escritor britânico John Ronald Reuel Tolkien, mais conhecido como J.R.R. Tolkien, escreveu no verão de 1914 A viagem de Eärendel, a estrela da noite, na fazenda de sua tia na Inglaterra, ele nunca pensou que, mais de 100 anos depois, que criou nome seria designada para a estrela mais distante já descoberta pela humanidade.

O Telescópio Espacial Hubble da NASA estabeleceu uma nova referência extraordinária: detectar a luz de uma estrela que existia nos primeiros bilhões de anos após o nascimento do universo no Big Bang, tornando-a a estrela única mais distante já vista até a data.

A descoberta é um grande salto mais para trás no tempo do que com o recorde anterior de uma única estrela; isso foi detectado pelo Hubble em 2018. Essa estrela existia quando o universo tinha cerca de 4 bilhões de anos, ou 30% de sua idade atual, em uma época que os astrônomos chamam de “1,5 desvio para o vermelho”. Os cientistas usam o termo “desvio para o vermelho” porque, à medida que o universo se expande, a luz de objetos distantes se estende ou “muda” para comprimentos de onda mais longos e vermelhos à medida que viaja em nossa direção.

A estrela recém-detectada está tão distante que sua luz levou 12,9 bilhões de anos para chegar à Terra, e parece-nos como quando o universo tinha apenas 7% de sua idade atual, com um desvio para o vermelho de 6,2. Os menores objetos vistos anteriormente a uma distância tão grande são aglomerados de estrelas dentro de galáxias primitivas.

“No início, mal acreditávamos nisso: estava muito mais longe do que a estrela anterior mais distante para o vermelho”, disse o astrônomo Brian Welch, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, principal autor do artigo que descreve a descoberta, publicado no 30 de março na revista Nature. A descoberta foi feita a partir de dados coletados durante o programa Hubble Gravitational Lens Reionization Study (RELICS), liderado pelo coautor Dan Coe no Space Telescope Science Institute, também em Baltimore.

“Normalmente, a essas distâncias, galáxias inteiras veem pequenos pontos, onde a luz de milhões de estrelas se mistura”, disse Welch. “A galáxia que abriga esta estrela foi ampliada e distorcida por lentes gravitacionais em uma longa meia-lua que chamamos de Arco do Amanhecer.” Depois de estudar a galáxia em detalhes, Welch prolonga que um dos elementos é uma estrela extremamente ampliada que ele chamou de Earendel, que significa “estrela da manhã” em inglês antigo. A descoberta promete abrir uma era inexplorada de formação estelar muito precoce.

“Earendel existiu há tanto tempo que pode não ter todas as mesmas matérias-primas que as estrelas ao nosso redor hoje”, explicou Welch. “Estudar Earendel será uma janela para uma era do universo com a qual não somos conhecidos, mas que levou a tudo o que sabemos. É como se estivéssemos lendo um livro muito interessante, mas começamos com o segundo capítulo e agora teremos a chance de ver como tudo começou”, disse Welch.

Quando as estrelas se alinham

A equipe de pesquisa estima que Earendel tenha pelo menos 50 vezes a massa do nosso Sol e seja milhões de vezes mais brilhante, rivalizando com as estrelas mais massivas conhecidas. Mas mesmo uma estrela tão brilhante e massiva seria impossível ver uma distância tão grande sem a ajuda do aumento natural produzido por um enorme aglomerado de galáxias, WHL0137-08, que fica entre nós e Earendel. A massa do aglomerado de galáxias deforma o tecido do espaço, criando uma poderosa lupa natural que dificilmente distorce e amplifica a luz de objetos distantes atrás dela.

Graças ao raro alinhamento com o aglomerado de galáxias que servem como lente de aumento, a estrela Earrendel aparece diretamente em uma ondulação no tecido do espaço, ou muito perto dele. Essa ondulação, que é definida na óptica como “cáustica”, fornece ampliação e brilho máximos. O efeito é análogo à superfície ondulante de uma piscina que cria padrões de luz brilhante no fundo da piscina em um dia ensolarado. As ondulações na superfície agem como lentes e focam a luz do sol no brilho máximo no fundo da piscina.

Este cáustico faz com que a estrela Earendel se destaque do brilho geral de sua galáxia natal. Seu brilho é ampliado mil vezes ou mais. Neste ponto, os astrônomos não podem determinar se Earendel é uma estrela binária, embora a maioria das estrelas de massa tenha pelo menos uma estrela companheira menor.

Confirmação com o Webb

Os astrônomos esperam que Earendel permaneça muito ampliado nos próximos anos. Ele será observado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA. A alta sensibilidade do Webb à luz infravermelha é necessária para aprender mais sobre Earendel, porque sua luz se estende (muda para vermelho) em comprimentos de onda infravermelhos mais longos devido à expansão do universo.

“Com Webb, esperamos confirmar que Earendel é de fato uma estrela, além de medir seu brilho e temperatura”, disse Coe. Isso restringirá a pesquisa sobre seu tipo e seu estágio no ciclo de vida estelar. “Também esperamos descobrir que o Arco do Amanhecer carece dos elementos pesados que se formam nas gerações posteriores de estrelas. Isso sugere que Earendel é uma estrela rara, massiva e pobre em metais”, disse Coe.

A composição de Earendel será de grande interesse para os astrônomos, porque foi formada antes que o universo fosse preenchido com os elementos pesados produzidos por sucessivas gerações de estrelas massivas. Se estudos de acompanhamento descobrirem que Earendel é composto exclusivamente de hidrogênio e hélio primordiais, seria a primeira evidência das estrelas lendárias da População III, que deveriam ser as primeiras estrelas nascidas após o Big Bang. Embora a probabilidade seja pequena, Welch admite que é tentador de qualquer maneira.

“Com Webb, podemos ver estrelas ainda mais distantes do que Earendel, o que seria incrivelmente emocionante”, disse Welch. “Vamos voltar o mais longe que pudermos. Eu adoraria ver Webb quebrar o recorde de distância de Earendel.”

Essa descoberta histórica foi feita por uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Brian Welch, cientista da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, e da qual José María Diego também participou.

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