Hubble encontra Earendel - a estrela mais distante já vista

abril 19, 2022

Hubble encontra Earendel - a estrela mais distante já vista

Crédito da imagem: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI)

O Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA estabeleceu um novo marco extraordinário: detectar a luz de uma estrela que existiu no primeiro bilhão de anos após o nascimento do Universo no Big Bang (com um desvio para o vermelho de 6,2) – a estrela individual mais distante já vista.

Isso configura um alvo importante para o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA em seu primeiro ano de atividade.

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 “desvio para o vermelho 1,5”.

Os cientistas usam a palavra “desvio para o vermelho” porque, à medida que o Universo se expande, a luz de objetos distantes é esticada ou “deslocada” para comprimentos de onda mais longos e mais vermelhos à medida que viaja em nossa direção.

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

“Nós quase não acreditávamos no começo, era muito mais longe do que a estrela anterior mais distante e com maior desvio para o vermelho”, disse o astrônomo Brian Welch, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, principal autor do artigo que descreve a descoberta, que é publicado na revista Nature.

A descoberta foi feita a partir de dados coletados durante o programa RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) do Hubble, liderado pelo coautor Dan Coe no Space Telescope Science Institute (STScI).

“Normalmente, a essas distâncias, galáxias inteiras parecem pequenas manchas, a luz de milhões de estrelas se misturando”, disse Welch. “A galáxia que hospeda esta estrela foi ampliada e distorcida por lentes gravitacionais em um longo crescente que chamamos de Arco do Nascer do Sol.”

Depois de estudar a galáxia em detalhes, Welch determinou que uma característica é uma estrela extremamente ampliada que ele chamou de Earendel, que significa “estrela da manhã” em inglês antigo. A descoberta traz a promessa de abrir uma era desconhecida de formação estelar muito precoce.

“Earendel existiu há tanto tempo que pode não ter 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 estamos familiarizados, mas que levou a tudo o que sabemos. É como se estivéssemos lendo um livro realmente interessante, mas começamos com o segundo capítulo e agora teremos a chance de ver como tudo começou”, disse Welch.

“Há uma previsão teórica de longa data de que as estrelas que se formam apenas a partir dos elementos que foram forjados logo após o Big Bang – hidrogênio, hélio e vestígios de lítio – devem ser mais massivas do que as estrelas que se formam hoje”, acrescentou o membro da equipe Erik Zackrisson, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Uppsala, na Suécia. “Essas estrelas primordiais, conhecidas como estrelas da População III, até agora iludiram os observadores, mas poderiam ser tornadas detectáveis se sujeitas a ampliação muito alta por lentes gravitacionais, como no caso do objeto Earendel.”

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 de massa muito alta seria impossível de ver a uma distância tão grande sem a ajuda da ampliação natural de um enorme aglomerado de galáxias, neste caso conhecido como WHL0137-08, entre nós e Earendel.

A massa do aglomerado de galáxias distorce o tecido do espaço, criando uma poderosa lupa natural que distorce e amplifica muito a luz de objetos distantes atrás dela. Graças ao raro alinhamento com o aglomerado de galáxias em ampliação, a estrela Earendel aparece diretamente ou extremamente perto de uma ondulação no tecido do espaço.

Essa ondulação, que é conhecida em óptica como “cáustica”, fornece ampliação e brilho máximos. O efeito é análogo à superfície ondulada de uma piscina criando padrões de luz brilhante no fundo da piscina em um dia ensolarado. As ondulações na superfície atuam como lentes e focam a luz solar para o brilho máximo no fundo da piscina.

Essa cáustica faz com que a estrela Earendel saia do brilho geral de sua galáxia natal. Seu brilho é ampliado mil vezes ou mais. Neste ponto, os astrônomos não são capazes de determinar se Earendel é uma estrela binária, mas a maioria das estrelas massivas tem pelo menos uma estrela companheira menor.

Os astrônomos esperam que Earendel permaneça altamente ampliada nos próximos anos. Será observado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA no final de 2022.

A alta sensibilidade do Webb à luz infravermelha é necessária para aprender mais sobre Earendel, porque sua luz é esticada (desvio para o vermelho) para comprimentos de onda infravermelhos mais longos pela expansão do Universo.

“As imagens e os espectros de Webb nos permitirão confirmar que Earendel é de fato uma estrela e restringir sua idade, temperatura, massa e raio”, explicou o membro da equipe Jose Maria Diego, do Instituto de Física de Cantábria, na Espanha. “A combinação de observações do Hubble e do Webb nos permitirá também aprender sobre microlentes no aglomerado de galáxias, que podem incluir objetos exóticos como buracos negros primordiais.”

A composição de Earendel será de grande interesse para os astrônomos, porque se formou 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 feito apenas de hidrogênio e hélio primordiais, seria a primeira evidência das lendárias estrelas da População III, que se supõe serem as primeiras estrelas a se formar após o Big Bang. Embora a probabilidade seja pequena, Welch admite que é atraente.

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

A galáxia Sunrise e a sua estrela Earandel vistas pelo Hubble

Crédito: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI); CC PPOR 4,0

A estrela apelidada e Earandel (indicada na imagem com uma seta) está posicionada ao longo de uma ondulação no espaço-tempo que lhe confere uma ampliação extrema, permitindo que ela surja à vista de sua galáxia hospedeira, que aparece como uma mancha vermelha no céu.

A cena inteira é vista através das lentes distorcidas criadas por um enorme aglomerado de galáxias no espaço intermediário, que permite que as características da galáxia sejam vistas, mas também distorce sua aparência - um efeito que os astrônomos chamam de lente gravitacional.

Os pontos vermelhos em ambos os lados de Earendel são um aglomerado de estrelas que é espelhado em ambos os lados da ondulação, resultado da distorção da lente gravitacional. A galáxia inteira, chamada Sunrise Arc, aparece três vezes, e os nós ao longo de seu comprimento são aglomerados estelares mais espelhados. A posição única de Earendel ao longo da linha de ampliação mais extrema permite que ela seja detectada, mesmo que não haja um aglomerado.

Com esta observação, o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA estabeleceu um novo marco extraordinário: detectar a luz de uma estrela que existiu no primeiro bilhão de anos após o nascimento do Universo no Big Bang (com desvio para o vermelho de 6,2) - a mais distante estrela individual já vista. Isso configura um alvo importante para o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA em seu primeiro ano.

Notas:

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA.

A equipe internacional de astrônomos que realizou este estudo é composta por B. Welch, D. Coe, JM Diego, A. Zitrin, E. Zackrisson, P. Dimauro, Y. Jimenez-Teja, P. Kelly, G. Mahler, M . Oguri, FX Timmes, R. Windhorst, M. Florian, SE de Mink, RJ Avila, J. Anderson, L. Bradley, K. Sharon, A. Vikaeus, S. McCandliss, M. Bradac, J. Rigby, B Frye, S. Toft, V. Strait, M. Trenti, S. Sharma. F. Andrade-Santos, T. Broadhurst.

Fonte: ESA/Hubble 1.Crédito da imagem: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI) https://esahubble.org/news/heic2203/?lang 2.Crédito: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI); CC PPOR 4,0 https://esahubble.org/images/heic2203b/

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