Descoberta a estrela mais pristina do Universo conhecido

Uma equipe invulgar de astrónomos utilizou dados do SDSS-V (Sloan Digital Sky Survey-V) e observações realizadas com os telescópios Magellan, no Observatório Las Campanas do Instituto Carnegie, no Chile, para descobrir a estrela mais pristina do Universo conhecido, denominada SDSS J0715-7334. O seu trabalho foi publicado na revista Nature Astronomy. 

Representação artística da estrela gigante vermelha SDSS J0915-7334, que nasceu perto da Grande Nuvem de Magalhães e agora reside na Via Láctea. Crédito: Navid Marvi/Carnegie Science

Liderada por Alexander Ji, da Universidade de Chicago - antigo bolseiro de pós-doutoramento dos Observatórios Carnegie - e incluindo a astrofísica de Carnegie, Juna Kollmeier - que lidera o SDSS, agora na sua quinta geração -, a equipa de investigação identificou uma estrela pertencente à segunda geração de objetos celestes no cosmos, que se formou apenas alguns milhares de milhões de anos após o início do Universo. 

"Estas estrelas pristinas são janelas para o alvorecer das estrelas e galáxias no Universo", explicou Ji. Vários dos seus coautores e de Kollmeier, no artigo científico, são estudantes da Universidade de Chicago, que Ji levou a Las Campanas numa viagem de observação durante as férias da primavera do ano passado. "Foi na minha primeira visita ao LCO que me apaixonei verdadeiramente pela astronomia, e foi especial partilhar uma experiência tão formativa com os meus alunos".

O Big Bang deu origem ao Universo como uma sopa quente e opaca de partículas energéticas. Com o tempo, à medida que este material se expandia, começou a arrefecer e a coalescer em gás hidrogénio neutro. Algumas zonas eram mais densas do que outras e, após algumas centenas de milhões de anos, a sua gravidade superou a trajetória de expansão do Universo e o material colapsou para dentro. Isto deu origem à primeira geração de estrelas, que se formaram apenas a partir de hidrogénio e hélio pristinos. 

Estas estrelas arderam intensamente e morreram jovens, mas não sem antes produzirem novos elementos nos seus núcleos, que foram espalhados pelo cosmos pelas suas explosões no fim da vida. E a partir desses detritos, nasceram novas estrelas, que agora continham uma variedade mais ampla de elementos do que as suas antecessoras. 

"Todos os elementos mais pesados do Universo, a que os astrónomos chamam metais, foram produzidos por processos estelares - desde reações de fusão que ocorrem no interior das estrelas até explosões de supernova e colisões entre estrelas muito densas", afirmou Ji. "Assim, encontrar uma estrela com muito pouco teor de metais indicou a este grupo de estudantes que tinham encontrado algo muito especial".

Astrónomos como Ji e Kollmeier estão interessados em encontrar estrelas antigas de segunda e terceira gerações após o Universo ter desenvolvido a sua estrutura pela primeira vez. Isto revelaria como a formação estelar mudou ao longo dos milénios que se seguiram. 

"Temos de olhar para o nosso quintal cósmico para encontrar estes objetos, porque ainda não conseguimos observar estrelas individuais no início da formação estelar. Uma vez que estas estrelas são raras, levantamentos como o SDSS-V são concebidos para ter o poder estatístico de encontrar estas 'agulhas no palheiro' estelar e testar as nossas teorias sobre a formação e explosão de estrelas", explicou Kollmeier. 

O SDSS tem sido um dos projetos de levantamento mais bem-sucedidos e influentes da história da astronomia, e a sua quinta geração, liderada por Kollmeier, recolhe milhões de espetros óticos e infravermelhos em todo o céu. Este esforço pioneiro utiliza tanto o telescópio du Pont em Las Campanas, no hemisfério sul, como o Observatório Apache Point, no estado norte-americano do Novo México, no hemisfério norte.

O telescópio du Pont no Observatório Las Campanas, mapeia os céus do hemisfério sul como parte do SDSS-V. Crédito: Charlie Hull/Instituto Carnegie

A riqueza dos dados do SDSS-V permitiu a Ji e aos seus alunos identificar estrelas com muito poucos elementos pesados. Depois, em Las Campanas, utilizaram os telescópios Magellan de última geração para obter espetros de alta resolução destas candidatas. Surpreendentemente, a magia aconteceu nas primeiras horas da manhã, na sua primeira sessão de observação com o Magellan, e SDSS J0715-7334 foi confirmada como o novo padrão de excelência em termos de pureza estelar. 

"O ecossistema de telescópios em Las Campanas foi fundamental para quase todos os aspetos deste trabalho inovador, desde os dados du Pont recolhidos como parte dos esforços de mapeamento da Via Láctea do SDSS-V até às observações do Magellan que mostraram exatamente o quão especial SDSS J0715-7334 realmente é", afirmou Michael Blanton, Diretor dos Observatórios Científicos Carnegie. 

Las Campanas alberga quatro telescópios Carnegie, e este projeto fez uso espetacular de dois deles, demonstrando como as inovações na instrumentação podem impulsionar descobertas ao longo de toda a vida útil de um telescópio. 

Esta interligação é bem ilustrada pelo itinerário de Ji e dos alunos em Las Campanas. Na noite da sua chegada, visitaram o telescópio du Pont para ver os observadores do SDSS-V a trabalhar arduamente na recolha de novos dados que serão adicionados ao enorme volume de recursos do projeto para astrónomos amadores e profissionais. Na noite seguinte, fizeram as suas próprias observações no telescópio Magellan Clay. 

Felizmente, após a descoberta, Ji conseguiu reorganizar o resto do semestre para que os alunos pudessem dedicar o seu tempo a aprofundar a sua descoberta - um exemplo prático para os seus alunos de como a capacidade de se adaptar é fundamental para alcançar avanços científicos. 

"Quando era estudante universitário, preferia muito mais fazer investigação do que assistir a aulas. Estou encantado pela disciplina do Alex se ter transformado num currículo de descoberta e gostaria de garantir que levantamentos como o SDSS-V e o Gaia tenham o poder de tornar isso a norma e não a exceção", disse Kollmeier. 

Uma análise mais aprofundada dos espetros do Magellan revelou que possui menos de 0,005% do teor de metais do Sol. É duas vezes mais pobre em metais do que a anterior detentora do recorde de estrela mais pristina e apresenta abundâncias particularmente baixas de ferro e carbono. Na verdade, é 40 vezes mais pobre em metais do que a estrela mais pobre em ferro conhecida. 

Ao incorporar dados da missão Gaia da ESA, os estudantes também conseguiram determinar que SDSS J0715-7334 - situada a cerca de 80.000 anos-luz da Terra - nasceu noutro local e foi atraída para a nossa Galáxia, a Via Láctea, ao longo do tempo. 

"Formar a próxima geração de astrónomos é fundamental para o futuro da nossa área. E despertar o entusiasmo pela prática da ciência através da realização de projetos como este é uma excelente forma de garantir que jovens estudantes curiosos se possam identificar com a astrofísica", concluiu Ji. "O meu tempo como pós-doc em Carnegie foi crucial para o meu crescimento profissional e estou entusiasmado por ter podido retribuir essa experiência, levando os meus alunos a Las Campanas".

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