Uma equipe incomum de astrônomos usou dados do Sloan Digital Sky Survey-V (SDSS-V) e observações dos telescópios Magellan no Observatório Las Campanas da Carnegie Science, no Chile, para descobrir a estrela mais primitiva do universo conhecido, chamada SDSS J0715-7334. O trabalho foi publicado na revista Nature Astronomy .

Liderada por Alexander Ji, da Universidade de Chicago — um ex-bolsista de pós-doutorado dos Observatórios Carnegie — e incluindo a astrofísica Juna Kollmeier, também dos Observatórios Carnegie, que lidera o SDSS, agora em sua quinta geração, a equipe de pesquisa identificou uma estrela pertencente à segunda geração de objetos celestes do cosmos, que se formou apenas alguns bilhões de anos após o início do universo.

"Essas estrelas imaculadas são janelas para o alvorecer das estrelas e galáxias no universo", explicou Ji. Vários dos coautores do artigo, juntamente com Kollmeier, são alunos de graduação da Universidade de Chicago, que Ji levou a Las Campanas em uma viagem de observação durante o recesso de primavera do ano passado. "Minha primeira visita a Las Campanas foi onde realmente me apaixonei por astronomia, e foi especial compartilhar uma experiência tão marcante com meus alunos."

O Big Bang deu origem ao universo como uma sopa quente e turva de partículas energéticas. Com o tempo, à medida que esse material se expandia, começou a esfriar e a se condensar em gás hidrogênio neutro. Algumas regiões eram mais densas que outras e, após algumas centenas de milhões de anos, sua gravidade superou a trajetória de expansão do universo, fazendo com que o material colapsasse para dentro. Assim nasceu a primeira geração de estrelas , formadas a partir de hidrogênio e hélio em sua forma mais pura.

Essas estrelas queimaram intensamente e morreram jovens, mas não antes de produzirem novos elementos em suas forjas estelares, que foram espalhados pelo cosmos por suas explosões finais. E a partir desses detritos, nasceram novas estrelas, que agora compreendem uma gama mais ampla de elementos do que suas antecessoras.

"Todos os elementos mais pesados do universo, que os astrônomos chamam de metais, foram produzidos por processos estelares — desde reações de fusão que ocorrem dentro das estrelas até explosões de supernovas e colisões entre estrelas muito densas", disse Ji. "Portanto, encontrar uma estrela com muito pouco conteúdo metálico indicou a esse grupo de estudantes que eles haviam descoberto algo muito especial."

Astrônomos como Ji e Kollmeier estão interessados em encontrar estrelas antigas da segunda e terceira geração, após o universo ter desenvolvido suas primeiras estruturas. Isso revelaria como a formação estelar mudou ao longo dos éons subsequentes.

"Precisamos procurar em nosso quintal cósmico para encontrar esses objetos, porque ainda não conseguimos observar estrelas individuais no início da formação estelar. Como essas estrelas são raras, levantamentos como o SDSS-V são projetados para ter o poder estatístico necessário para encontrar essas agulhas no palheiro estelar e testar nossas teorias de formação e explosão estelar", explicou Kollmeier.

O Sloan Digital Sky Survey tem sido um dos levantamentos mais bem-sucedidos e influentes da história da astronomia, e sua quinta geração, liderada por Kollmeier, coleta milhões de espectros ópticos e infravermelhos em todo o céu. Esse esforço pioneiro utiliza tanto o telescópio du Pont em Las Campanas, no Hemisfério Sul, quanto o Observatório Apache Point, no Novo México, no Hemisfério Norte.

A riqueza de dados do SDSS-V permitiu que Ji e seus alunos identificassem estrelas com muito poucos elementos pesados. Então, em Las Campanas, eles usaram os telescópios Magellan de última geração para obter espectros de alta resolução desses candidatos. Incrivelmente, a mágica aconteceu nas primeiras horas da manhã, durante a primeira campanha de observação com o Magellan, e SDSS J0715-7334 foi confirmada como o novo padrão ouro de pureza estelar.

"O ecossistema de telescópios em Las Campanas foi fundamental para praticamente todos os aspectos deste trabalho inovador, desde os dados da du Pont coletados como parte dos esforços de mapeamento da Via Láctea do SDSS-V até as observações da Magellan que mostraram exatamente o quão especial o SDSS J0715-7334 realmente é", disse Michael Blanton, Diretor e Titular da Cátedra Crawford H. Greenewalt dos Observatórios Científicos Carnegie.

O Observatório Las Campanas abriga quatro telescópios Carnegie, e este projeto fez uso espetacular de dois deles, demonstrando como as inovações em instrumentação podem impulsionar descobertas ao longo da vida útil de um telescópio.

Essa interconexão fica ainda mais evidente no roteiro que Ji e os alunos fizeram em Las Campanas. Na noite de sua chegada, eles visitaram o telescópio du Pont para ver os observadores do SDSS-V trabalhando arduamente na coleta de novos dados que serão adicionados ao enorme volume de recursos do projeto para astrônomos amadores e profissionais. Na noite seguinte, eles fizeram suas próprias observações no telescópio Magellan Clay.

Felizmente, após a descoberta, Ji conseguiu reorganizar o restante do semestre para que os alunos pudessem dedicar seu tempo a aprofundar a pesquisa — um exemplo prático para seus alunos de como a capacidade de adaptação é fundamental para alcançar avanços científicos.

"Quando eu era estudante de graduação, preferia muito mais fazer pesquisa do que assistir a aulas. Estou muito feliz que o curso do Alex tenha se transformado em um currículo de descoberta e gostaria de garantir que pesquisas como a SDSS-V e a Gaia tenham o poder de tornar isso a norma e não a exceção", disse Kollmeier.

Uma análise mais aprofundada dos espectros da sonda Magellan mostrou que ela possui menos de 0,005% do conteúdo metálico do Sol. Ela é duas vezes mais pobre em metais do que a estrela anteriormente considerada a mais pura e apresenta abundâncias particularmente baixas de ferro e carbono. De fato, ela é 40 vezes mais pobre em metais do que a estrela mais pobre em ferro conhecida.

Ao incorporar dados da missão Gaia da Agência Espacial Europeia, os alunos também conseguiram determinar que o SDSS J0715-7334 — que existe a cerca de 80.000 anos-luz da Terra — nasceu em outro lugar e foi atraído para a nossa galáxia, a Via Láctea, ao longo do tempo.

"Formar a próxima geração de astrônomos é fundamental para o futuro da nossa área. E despertar o entusiasmo pela prática científica por meio de projetos como este é uma ótima maneira de garantir que jovens aprendizes curiosos se vejam na astrofísica", concluiu Ji. "Meu período como pós-doutorando na Carnegie foi crucial para o meu crescimento profissional e estou muito feliz por ter podido retribuir essa experiência trazendo meus alunos para Las Campanas."