Esta vista detalhada destaca a posição da estrela Earendel ao longo de uma ondulação no espaço-tempo (linha pontilhada) que a amplia e torna possível que a estrela seja detetada ao longo de uma distância tão grande - 13 mil milhões de anos-luz. Também indicado, um enxame de estrelas que está espelhado em ambos os lados da linha de ampliação. A distorção e a ampliação são criadas pela massa de um enorme enxame de galáxias localizado entre o Hubble e Earendel. A massa do enxame de galáxias é tão grande que distorce o tecido do espaço, e olhar através desse espaço é como olhar através de uma lupa - ao longo da borda do vidro ou da lente, a aparência das coisas do outro lado são distorcidas, bem como ampliadas.
Crédito: ciência - NASA, ESA, Brian Welch (Universidade Johns Hopkins), Dan Coe (STScI); processamento da imagem - NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)

O Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA estabeleceu uma nova e extraordinária referência: a deteção da luz de uma estrela que existiu nos primeiros mil milhões de anos após o nascimento do Universo no Big Bang - a estrela individual mais distante alguma vez vista até à data.

A descoberta é um enorme salto no tempo em relação à anterior detentora estelar do recorde; detetada pelo Hubble em 2018. Essa estrela existiu quando o Universo tinha cerca de 4 mil milhões de anos, ou 30% da sua idade atual, numa altura a que os astrónomos se referem como "desvio para o vermelho de 1,5". Os cientistas usam o termo "desvio para o vermelho" porque à medida que o Universo se expande, a luz de objetos distantes é esticada ou "desviada" para comprimentos de onda mais longos e avermelhados à medida que viaja na nossa direção.

A estrela recentemente detetada está tão longe que a sua luz levou 12,9 mil milhões de anos para chegar à Terra, situada numa altura em que o Universo tinha apenas 7% da sua idade atual, a um desvio para o vermelho de 6,2. Os objetos mais pequenos anteriormente vistos a uma distância tão grande são enxames de estrelas, embebidos dentro das primeiras galáxias.

"Quase não acreditámos ao início, está muito mais longe do que a anterior estrela com desvio para o vermelho mais distante e mais alto," disse o astrónomo Brian Welch da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, autor principal do artigo que descreve a descoberta, publicado na revista Nature dia 30 de março. A descoberta foi feita a partir de dados recolhidos durante o programa RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey), liderado pelo coautor Dan Coe no STScI (Space Telescope Science Institute), também em Baltimore.

"Normalmente, a estas distâncias, galáxias inteiras parecem pequenas manchas, com a luz de milhões de estrelas a misturar-se," disse Welch. "A galáxia que acolhe esta estrela foi ampliada e distorcida por uma lente gravitacional num longo crescente a que demos o nome de 'Arco do Sol Nascente'."

Depois de estudar a galáxia em detalhe, Welch determinou que uma das suas características é uma estrela extremamente ampliada que chamou de Earendel, que significa "estrela da manhã" em inglês antigo. A descoberta contém a promessa de abrir uma era desconhecida de formação estelar muito precoce.

"Earendel existiu há tanto tempo que não pode ter tido todas as mesmas matérias-primas que as estrelas que nos rodeiam hoje," explicou Welch. "O estudo de Earendel será uma janela para uma era do Universo com a qual não estamos familiarizados, mas que nos levou a tudo o que sabemos. É como se estivéssemos a ler um livro realmente interessante, mas começámos com o segundo capítulo, e agora temos uma oportunidade de ver como tudo começou," disse Welch.

Quando as estrelas se alinham

A equipa de investigação estima que Earendel tem pelo menos 50 vezes a massa do nosso Sol e é milhões de vezes mais brilhante, rivalizando com as estrelas mais massivas conhecidas. Mas mesmo uma estrela tão brilhante e massiva seria impossível de ver a uma distância tão grande sem a ajuda da ampliação natural por um enorme enxame de galáxias, WHL0137-08, situado entre nós e Earendel. A massa do enxame de galáxias distorce o tecido do espaço, criando uma poderosa lupa natural que curva e amplia a luz de objetos distantes por trás dele.

Graças ao raro alinhamento com o enxame de galáxias de ampliação, a estrela Earendel aparece diretamente sobre, ou extremamente perto, de uma ondulação no tecido do espaço. Esta ondulação, que é definida na ótica como "cáustica", proporciona uma ampliação e aumento de brilho máximo. O efeito é análogo à superfície ondulada de uma piscina, criando padrões de luz brilhante no fundo da piscina num dia de Sol. As ondulações à superfície atuam como lentes e focam a luz solar ao brilho máximo no fundo da piscina.

Esta cáustica faz com que a estrela Earendel "salte à vista" do brilho geral da sua galáxia natal. O seu brilho é ampliado mil vezes ou mais. Neste ponto, os astrónomos não são capazes de determinar se Earendel é uma estrela binária, embora a maioria das estrelas massivas tenham pelo menos uma estrela companheira mais pequena.

Confirmação com o Webb

Os astrónomos esperam que Earendel permaneça altamente ampliada nos próximos anos. Será observada pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA. A alta sensibilidade do Webb à luz infravermelha é necessária para aprender mais sobre Earendel, porque a sua luz é esticada (desviada para o vermelho) para comprimentos de onda infravermelhos mais longos devido à expansão do Universo.

"Esperamos, recorrendo ao Webb, confirmar que Earendel é realmente uma estrela, bem como medir o seu brilho e temperatura," disse Coe. Estes detalhes irão restringir o seu tipo e fase no ciclo de vida estelar. "Também esperamos descobrir que a galáxia do Arco do Sol nascente carece de elementos pesados que se formam nas gerações seguintes de estrelas. Isto sugere que Earendel é uma rara e massiva estrela pobre em metal," disse Coe.

A composição de Earendel será de grande interesse para os astrónomos, pois formou-se antes do Universo ser preenchido com os elementos pesados produzidos por sucessivas gerações de estrelas massivas. Se estudos posteriores descobrirem que Earendel é apenas composta por hidrogénio e hélio primordiais, seria a primeira evidência para as lendárias estrelas de População III, que são teorizadas como sendo as primeiras estrelas nascidas após o Big Bang. Embora a probabilidade seja pequena, Welch admite que é aliciante na mesma.

"Com o Webb, podemos ver estrelas ainda mais longe do que Earendel, o que seria incrivelmente excitante", disse Welch. "Vamos o mais longe que pudermos. Adoraria ver o Webb a bater o recorde de distância de Earendel."

A estrela apelidada Earendel (aqui indicada com uma seta na inserção) é posicionada ao longo de uma ondulação no espaço-tempo que lhe dá uma ampliação extrema, permitindo-lhe emergir da sua galáxia hospedeira, que aparece como uma mancha vermelha através do céu. Toda a cena é vista através da lente distorcida criada por um enxame massivo de galáxias no espaço interveniente, o que permite ver as características da galáxia, mas também distorce a sua aparência - um efeito a que os astrónomos chamam lentes gravitacionais. Os pontos vermelhos em ambos os lados de Earendel são um enxame de estrelas que é espelhado em ambos os lados da ondulação, um resultado da distorção gravitacional da lente. A galáxia inteira, chamada Arco do Sol Nascente, aparece três vezes, e os nós ao longo do seu comprimento são mais enxames estelares espelhados. A posição única de Earendel ao longo da linha de ampliação mais extrema permite a sua deteção, mesmo que não seja um enxame.
Com esta observação, o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA estabeleceu uma nova e extraordinária referência: detetar a luz de uma estrela que existiu nos primeiros mil milhões de anos após o nascimento do Universo no Big Bang (num desvio para o vermelho de 6,2) - a estrela individual mais distante alguma vez vista. Isto estabelece um importante alvo para o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA no seu primeiro ano.
Crédito: NASA, ESA, B. Welch (Universidade Johns Hopkins), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI)

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA/Hubble (comunicado de imprensa)
// Hubblesite (comunicado de imprensa)
// Universidade Johns Hopkins (comunicado de imprensa)
// Universidade Estatal do Arizona (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (PDF)
// Space Sparks Ep. 10 - Hubble encontra a estrela mais distante alguma vez vista (HubbleESA via YouTube)
// Rogier Windhorst: Hubble encontra a estrela mais distante alguma vez vista (Universidade Estatal do Arizona via YouTube)

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