Ultraskarpe billeder får gamle stjerner til at se helt fantastiske ud

Ved hjælp af adaptiv optik i høj opløsning fra Gemini Observatory, astronomer har afsløret en af ​​de ældste stjernehobe i Mælkevejsgalaksen. Det bemærkelsesværdigt skarpe billede ser tilbage i vores univers' tidlige historie og kaster ny indsigt i, hvordan vores galakse blev til.

Ligesom højopløsningsbilleder transformerer hjemmeunderholdning, det fremmer også den måde, astronomer studerer universet på.

"Ultraskarpe adaptive optikbilleder fra Gemini Observatory gjorde det muligt for os at bestemme alderen på nogle af de ældste stjerner i vores galakse, " sagde Leandro Kerber fra Universidade de São Paulo og Universidade Estadual de Santa Cruz, Brasilien. Kerber ledede et stort internationalt forskerhold, der offentliggjorde deres resultater i april 2019-udgaven af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Ved hjælp af avanceret adaptiv optikteknologi ved Gemini South-teleskopet i Chile, forskerne zoomede ind på en klynge stjerner kendt som HP 1. "Ved at fjerne vores atmosfæres forvrængning til stjernelys med adaptiv optik afslører vi enorme detaljer i de objekter, vi studerer, " tilføjede Kerber. "Fordi vi fangede disse stjerner i så stor detalje, vi var i stand til at bestemme deres høje alder og sammensætte en meget overbevisende historie."

Den historie begynder netop da universet nåede sin en milliardårs fødselsdag.

"Denne stjernehob er som et gammelt fossil begravet dybt i vores galakse bule, og nu har vi været i stand til at datere det til en fjern tid, hvor universet var meget ungt, " sagde Stefano Souza, en ph.d.-studerende ved Universidade de São Paulo, Brasilien, som arbejdede med Kerber som en del af forskerholdet. Holdets resultater daterer klyngen til omkring 12,8 milliarder år, gør disse stjerner blandt de ældste nogensinde fundet i vores galakse. "Dette er også nogle af de ældste stjerner, vi har set nogen steder, " tilføjede Souza.

"HP 1 er et af de overlevende medlemmer af de grundlæggende byggesten, der samlede vores galakse indre bule, sagde Kerber. Indtil for et par år siden, astronomer mente, at de ældste kugleformede stjernehobe - sfæriske sværme på op til en million stjerner - kun var placeret i de ydre dele af Mælkevejen, mens de yngre opholdt sig i de inderste galaktiske egne. Imidlertid, Kerbers undersøgelse, samt andet nyligt arbejde baseret på data fra Gemini Observatory og Hubble Space Telescope (HST), har afsløret, at gamle stjernehobe også findes inden for den galaktiske bule og relativt tæt på det galaktiske centrum.

Kuglehobe fortæller os meget om dannelsen og udviklingen af ​​Mælkevejen. De fleste af disse ældgamle og massive stjernesystemer menes at være smeltet sammen ud af den oprindelige gassky, der senere kollapsede for at danne spiralskiven i vores galakse, mens andre ser ud til at være kernerne i dværggalakser, der forbruges af vores Mælkevej. Af de omkring 160 kuglehobe kendt i vores galakse, omkring en fjerdedel er placeret inden for Mælkevejens stærkt slørede og tætpakkede centrale bule-region. Denne sfæriske masse af stjerner omkring 10, 000 lysår på tværs danner det centrale omdrejningspunkt i Mælkevejen (blommen om man vil), som primært er lavet af gamle stjerner, gas, og støv. Blandt klyngerne i bulen, dem, der er de mest metalfattige (mangler tungere elementer) – som inkluderer HP 1 – har længe været mistænkt for at være de ældste. HP 1 er så afgørende, da den fungerer som et glimrende spor af vores galakse tidlige kemiske udvikling.

"HP 1 spiller en afgørende rolle i vores forståelse af, hvordan Mælkevejen blev til, " sagde Kerber. "Det hjælper os med at bygge bro over kløften i vores forståelse mellem vores galakse fortid og nutid."

Kerber og hans internationale team brugte de udsøgt dybe højopløselige adaptive optikbilleder fra Gemini Observatory samt optiske arkivbilleder fra HST til at identificere svage klyngemedlemmer, som er afgørende for aldersbestemmelse. Med dette rige datasæt bekræftede de, at HP 1 er et fossilt levn født mindre end en milliard år efter Big Bang, da universet var i sin vorden.

"Disse resultater kroner en indsats på mere end to årtier med nogle af verdens førende teleskoper rettet mod at bestemme nøjagtige kemiske mængder med højopløsningsspektroskopi, " sagde Beatriz Barbuy fra Universidade de São Paulo, medforfatter til dette papir og en verdenskendt ekspert på dette område. "Disse Gemini-billeder er de bedste jordbaserede fotometriske data, vi har. De er på samme niveau af HST-data, giver os mulighed for at genvinde en manglende brik i vores puslespil:HP 1-alderen. Fra eksistensen af ​​sådanne gamle genstande, vi kan attestere den korte tidsskala for stjernedannelse i den galaktiske bule, såvel som dens hurtige kemiske berigelse."

For at bestemme klyngens afstand, holdet brugte arkivbaserede jordbaserede data til at identificere 11 RR Lyrae variable stjerner (en type "standard stearinlys" brugt til at måle kosmiske afstande) inden for HP 1. Den observerede lysstyrke af disse RR Lyrae stjerner indikerer, at HP 1 er i en afstand på omkring 21, 500 lysår, placerer det cirka 6, 000 lysår fra det galaktiske centrum, godt inden for Galaxys centrale bule-region.

Kerber og hans team brugte også Gemini-dataene, også HST, Meget stort teleskop, og Gaia-missionsdata, at forfine HP 1's kredsløb i vores Galaxy. Denne analyse viser, at i løbet af HP 1's historie, hoben kom så tæt på som omkring 400 lysår fra det galaktiske centrum - mindre end en tiendedel af dens nuværende afstand.

"Kombinationen af ​​høj vinkelopløsning og nær-infrarød følsomhed gør GeMS/GSAOI til et ekstremt kraftfuldt værktøj til at studere disse kompakte, stærkt støvindhyllede stjernehobe, " tilføjede Mattia Libralato fra Space Telescope Science Institute, medforfatter på undersøgelsen. "Omhyggelig karakterisering af disse gamle systemer, som vi har gjort her, er altafgørende for at forfine vores viden om vores Galaxys dannelse."

Chris Davis, Program Officer ved National Science Foundation (NSF) for Gemini, kommenterede, "Disse fantastiske resultater viser, hvorfor udviklingen af ​​wide-field, Højopløsningsbilleddannelse på Gemini er nøglen til observatoriets fremtid. Den nylige NSF-pris til støtte for udviklingen af ​​et lignende system på Gemini North vil gøre rutinemæssig superskarp billeddannelse fra begge halvkugler til en realitet. Det er bestemt spændende tider for Observatoriet."

Gemini-observationerne opløser stjerner til omkring 0,1 buesekund, hvilket er en 36 tusindedele af en grad og kan sammenlignes med at adskille to bilforlygter fra ca. 500 miles, eller 2, 500 kilometer, væk (afstanden fra Manaus til Sao Paulo i Brasilien, eller fra San Francisco til Dallas i USA). Denne opløsning blev opnået ved hjælp af Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI) - et nær-infrarødt adaptivt optikkamera, der bruges sammen med Gemini Multi-conjugate adaptive optics System (GeMS). GeMS er et avanceret adaptivt optiksystem, der bruger tre deformerbare spejle til at korrigere for forvrængninger, der påføres stjernelys af turbulens i lag af vores atmosfære.