HUBBLE USA LENTE GRAVITACIONAL PARA DESCOBRIR A ESTRELA MAIS DISTANTE JÁ OBSERVADA 3 de abril de 2018
Ícaro, cujo nome oficial é MACS J1149+2223 Lensed Star 1, é a estrela individual mais distante já observada. Só é visível porque está a ser ampliada pela gravidade de um gigantesco enxame galáctico, localizado a cerca de 5 mil milhões de anos-luz da Terra. Chamado MACS J1149+2223, este enxame, visto à esquerda, situa-se entre a Terra e a galáxia que contém a estrela distante. Os painéis à direita mostram a área da estrela em 2011, sem Ícaro estar visível, em comparação com o aumento de brilho da estrela em 2016.
Crédito: NASA, ESA e P. Kelly (Universidade de Minnesota)
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A mais de metade da distância do Universo, uma enorme estrela azul apelidada de Ícaro é a estrela individual mais distante alguma vez já vista. Normalmente, seria muito fraca para observar, mesmo com os maiores telescópios do mundo. Mas graças a uma ocorrência fortuita da natureza que amplificou tremendamente o brilho fraco da estrela, e usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, os astrónomos foram capazes de identificar esta estrela remota e estabelecer um novo recorde de distância. Também usaram Ícaro para testar uma teoria da matéria escura e para investigar a composição de um enxame galáctico em primeiro plano.
A estrela, abrigada numa galáxia espiral muito distante, está tão longe que a sua luz levou 9 mil milhões de anos para chegar à Terra. A luz estelar recebida foi libertada quando o Universo tinha cerca de 30% da sua idade atual.
A descoberta de Ícaro através do fenómeno de lente gravitacional deu início a um novo modo dos astrónomos estudarem estrelas individuais em galáxias distantes. Estas observações fornecem uma visão rara e detalhada de como as estrelas evoluem, especialmente as estrelas mais luminosas.
"Esta é a primeira vez que vemos uma estrela individual ampliada," explicou o líder do estudo Patrick Kelly, ex-postdoc da Universidade da Califórnia em Berkeley e agora da Universidade de Minnesota, em Twin Cities. "Podemos ver galáxias individuais, mas esta estrela está pelo menos 100 vezes mais distante do que a próxima estrela individual que podemos estudar, exceto explosões de supernovas."
Gravidade Como Uma Lente Cósmica Natural
O acaso cósmico que torna esta estrela visível é um fenómeno chamado "lente gravitacional". A gravidade de um gigantesco enxame galáctico de primeiro plano atua como uma lente natural no espaço, curvando e ampliando a luz. Às vezes, a luz de um único objeto de fundo aparece como várias imagens. A luz pode ser altamente ampliada, tornando objetos extremamente ténues e distantes suficientemente brilhantes para poderem ser observados.
No caso de Ícaro, uma "lupa" natural é criada por um aglomerado de galáxias chamado MACS J1149+2223. Localizado a aproximadamente 5 mil milhões de anos-luz da Terra, este massivo enxame galáctico situa-se entre a Terra e a galáxia que contém a estrela distante. Combinando a força desta lente gravitacional com a excelente resolução e sensibilidade do Hubble, os astrónomos podem ver e estudar Ícaro.
A equipa - que inclui Jose Diego do Instituto de Física de Cantábria, na Espanha, e Steven Rodney da Universidade da Carolina do Sul, Columbia - apelidou a estrela de "Ícaro", em homenagem ao personagem da mitologia grega que voou demasiado perto do Sol graças a asas de cera e que depois derreteram (o seu nome oficial é "MACS J1149+2223 Lensed Star 1"). Tal como Ícaro, a estrela de fundo teve apenas glória passageira a partir da perspetiva da Terra: disparou momentaneamente para 2000 vezes o seu brilho verdadeiro quando foi temporariamente ampliada.
Os modelos sugerem que o tremendo aumento de brilho se deveu provavelmente à ampliação gravitacional de uma estrela, semelhante em massa ao Sol, no aglomerado de galáxias em primeiro plano, quando a estrela se movia em frente de Ícaro. A luz da estrela é geralmente ampliada cerca de 600 vezes devido à massa do enxame em primeiro plano.
Caracterizando Ícaro
A equipa estava a utilizar o Hubble para monitorizar uma supernova na distante galáxia espiral quando, em 2016, avistaram um novo ponto de luz não muito longe da supernova ampliada. A partir da posição da nova fonte, inferiram que devia estar muito mais ampliada do que a supernova.
Quando analisaram as cores da luz proveniente deste objeto, descobriram que era uma estrela supergigante azul. Este tipo de estrela é muito maior, mais massiva, quente e possivelmente centenas de milhares de vezes intrinsecamente mais brilhante que o nosso Sol. Mas a esta distância ainda estaria longe demais para observar sem a ampliação da lente gravitacional, mesmo para o Hubble.
Como é que Kelly e a sua equipa souberam que Ícaro não era outra supernova? "A fonte não está a ficar mais quente; não está a explodir. A luz está apenas a ser ampliada," comenta Kelly. "E é isso que esperamos das lentes gravitacionais."
À Procura de Matéria Escura
A deteção da ampliação de uma única estrela de fundo, pontual, forneceu uma oportunidade única para testar a natureza da matéria escura no enxame. A matéria escura é um material invisível que compõe a maior parte da massa do Universo.
Ao investigar o que está a flutuar em torno do enxame em primeiro plano, os cientistas foram capazes de testar uma teoria de que a matéria escura pode ser composta principalmente por um grande número de buracos negros primordiais formados no nascimento do Universo com massas dezenas de vezes maiores que o Sol. Os resultados deste teste único desfavorecem esta hipótese, porque as flutuações de luz da estrela de fundo, monitorizadas com o Hubble durante 13 anos, pareceriam diferentes se houvesse um enxame de buracos negros intervenientes.
Quando o Telescópio Espacial James Webb da NASA for lançado, os astrónomos esperam encontrar muitas mais estrelas como Ícaro. A extraordinária sensibilidade do Webb vai permitir a medição de ainda mais detalhes, incluindo se essas estrelas distantes giram. Pode até vir a descobrir-se que as estrelas ampliadas são bastante comuns.
Esta imagem mostra o enorme enxame de galáxias MACS J1149.5+223, cuja luz demorou 5 mil milhões de anos até chegar à Terra.
Em destaque está a posição da estrela LS1 - a sua imagem foi ampliada por um fator de 2000 graças à lente gravitacional. A galáxia a que a estrela pertence pode ser vista três vezes no céu - multiplicada pela forte lente gravitacional.
Crédito: NASA, ESA, S. Rodney (Universidade John Hopkins, EUA) e equipa FrontierSN; T. Treu (Universidade da Califórnia em Los Angeles, EUA), P. Kelly (Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA) e equipa GLASS; J. Lotz (STScI) e equipa Frontier Fields; M. Postman (STScI) e equipa CLASH; e Z. Levay (STScI)
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Os cientistas descobriram que os dados de MACS J1149+2223 Lensed Star 1 (Ícaro), obtidos pelo Hubble, coincidem com o modelo para uma supergigante azul. É uma concordância bastante boa e indica que Ícaro tem aproximadamente o dobro da temperatura do Sol. A linha azul sólida mostra o modelo do espectro da supergigante azul, ajustada para a distância da galáxia-mãe da estrela altamente ampliada. Os diamantes vermelhos são dados reais medidos para Ícaro. O comprimento de onda medido da descontinuidade de Balmer, em relação ao seu comprimento de onda intrínseco (cerca de 365 nm), é um indicador da distância da estrela. A força da descontinuidade de Balmer depende da força da gravidade da estrela à superfície e da sua temperatura.
Crédito: NASA, ESA e A. Feild (STScI)
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