Met behulp van adaptieve optische beeldvorming met hoge resolutie van het Gemini Observatorium, astronomen hebben een van de oudste sterrenhopen in de Melkweg ontdekt. De opmerkelijk scherpe afbeelding blikt terug op de vroege geschiedenis van ons heelal en werpt nieuwe inzichten op over hoe onze Melkweg is gevormd.

Net zoals high-definition beeldvorming home entertainment transformeert, het bevordert ook de manier waarop astronomen het heelal bestuderen.

"Met ultrascherpe adaptieve optische beelden van het Gemini Observatorium konden we de leeftijd bepalen van enkele van de oudste sterren in onze Melkweg, " zei Leandro Kerber van de Universidade de São Paulo en Universidade Estadual de Santa Cruz, Brazilië. Kerber leidde een groot internationaal onderzoeksteam dat hun resultaten publiceerde in het aprilnummer van 2019 van de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

Met behulp van geavanceerde adaptieve optische technologie bij de Gemini South-telescoop in Chili, de onderzoekers zoomden in op een cluster van sterren die bekend staat als HP 1. "Het verwijderen van de vervormingen van onze atmosfeer naar sterrenlicht met adaptieve optica onthult enorme details in de objecten die we bestuderen, "voegde Kerber toe. "Omdat we deze sterren zo gedetailleerd hebben vastgelegd, we waren in staat om hun gevorderde leeftijd te bepalen en een zeer meeslepend verhaal samen te stellen."

Dat verhaal begint net toen het heelal zijn miljardste verjaardag bereikte.

"Deze sterrenhoop is als een oud fossiel diep begraven in de uitstulping van onze Melkweg, en nu hebben we het kunnen dateren in een verre tijd toen het heelal nog heel jong was, " zei Stefano Souza, een promovendus aan de Universidade de São Paulo, Brazilië, die met Kerber werkte als onderdeel van het onderzoeksteam. De resultaten van het team dateren de cluster op ongeveer 12,8 miljard jaar, waardoor deze sterren tot de oudste behoren die ooit in onze Melkweg zijn gevonden. "Dit zijn ook enkele van de oudste sterren die we ergens hebben gezien, ’ voegde Souz toe.

"HP 1 is een van de overgebleven leden van de fundamentele bouwstenen die de binnenste uitstulping van onze Galaxy hebben samengesteld, " zei Kerber. Tot een paar jaar geleden, astronomen geloofden dat de oudste bolvormige sterrenhopen - bolvormige zwermen van wel een miljoen sterren - zich alleen in de buitenste delen van de Melkweg bevonden, terwijl de jongere in de binnenste galactische gebieden woonden. Echter, Kerbers studie, evenals ander recent werk op basis van gegevens van het Gemini Observatorium en de Hubble Space Telescope (HST), hebben onthuld dat oude sterrenhopen ook worden gevonden in de galactische uitstulping en relatief dicht bij het galactische centrum.

Bolvormige sterrenhopen vertellen ons veel over de vorming en evolutie van de Melkweg. Men denkt dat de meeste van deze oude en massieve stellaire systemen zijn samengesmolten uit de oorspronkelijke gaswolk die later instortte om de spiraalvormige schijf van onze Melkweg te vormen, terwijl andere de kernen lijken te zijn van dwergstelsels die door onze Melkweg worden geconsumeerd. Van de ongeveer 160 bolvormige sterrenhopen die in onze Melkweg bekend zijn, ongeveer een kwart bevindt zich in het sterk verduisterde en dicht opeengepakte centrale uitstulpingsgebied van de Melkweg. Deze bolvormige massa van sterren zo'n 10, Met een diameter van 000 lichtjaar vormt het centrale knooppunt van de Melkweg (de dooier zo u wilt) die voornamelijk bestaat uit oude sterren, gas, en stof. Onder de clusters binnen de uitstulping, degenen die het meest metaalarm zijn (gebrek aan zwaardere elementen) - waaronder HP 1 - werden lang verdacht de oudste te zijn. HP 1 is dan cruciaal, omdat het dient als een uitstekende tracer van de vroege chemische evolutie van onze Melkweg.

"HP 1 speelt een cruciale rol in ons begrip van hoe de Melkweg is gevormd, "Zei Kerber. "Het helpt ons de kloof in ons begrip tussen het verleden en het heden van onze Melkweg te overbruggen."

Kerber en zijn internationale team gebruikten de prachtig diepe adaptieve optische beelden met hoge resolutie van het Gemini Observatorium en de optische archiefbeelden van de HST om zwakke clusterleden te identificeren. die essentieel zijn voor de leeftijdsbepaling. Met deze rijke dataset bevestigden ze dat HP 1 een fossiel overblijfsel is dat minder dan een miljard jaar na de oerknal is geboren, toen het heelal nog in de kinderschoenen stond.

"Deze resultaten bekronen een inspanning van meer dan twee decennia met enkele van 's werelds beste telescopen die gericht zijn op het bepalen van nauwkeurige chemische abundanties met spectroscopie met hoge resolutie, " zei Beatriz Barbuy van de Universidade de São Paulo, co-auteur van dit artikel en een wereldberoemde expert op dit gebied. "Deze Gemini-afbeeldingen zijn de beste op de grond gebaseerde fotometrische gegevens die we hebben. Ze zijn op hetzelfde niveau van HST-gegevens, waardoor we een ontbrekend stukje in onze puzzel kunnen herstellen:de leeftijd van HP 1. Van het bestaan ​​van dergelijke oude objecten, we kunnen getuigen van de korte tijdschaal voor stervorming in de Galactische uitstulping, evenals zijn snelle chemische verrijking."

Om de afstand van het cluster te bepalen, het team gebruikte archiefgegevens op de grond om 11 RR Lyrae variabele sterren (een soort "standaardkaars" die gebruikt wordt om kosmische afstanden te meten) binnen HP 1 te identificeren. De waargenomen helderheid van deze RR Lyrae-sterren geeft aan dat HP 1 zich op een afstand van ongeveer 21, 500 lichtjaar, het plaatsen van het ongeveer 6, 000 lichtjaar van het galactische centrum, ruim binnen het centrale uitstulpingsgebied van de Melkweg.

Kerber en zijn team gebruikten ook de Gemini-gegevens, ook HST, Zeer grote telescoop, en Gaia-missiegegevens, om de baan van HP 1 binnen onze Galaxy te verfijnen. Deze analyse laat zien dat tijdens de geschiedenis van HP 1 de cluster kwam zo dichtbij als ongeveer 400 lichtjaar van het galactische centrum - minder dan een tiende van zijn huidige afstand.

"De combinatie van hoge hoekresolutie en nabij-infraroodgevoeligheid maakt GeMS/GSAOI een extreem krachtig hulpmiddel voor het bestuderen van deze compacte, zeer met stof omhulde stellaire clusters, ", voegde Mattia Libralato van het Space Telescope Science Institute toe, een co-auteur van de studie. "Zorgvuldige karakterisering van deze oude systemen, zoals we hier hebben gedaan, is van het grootste belang om onze kennis van de vorming van onze Melkweg te verfijnen."

Chris Davis, Programmamedewerker bij de National Science Foundation (NSF) voor Gemini, commentaar, "Deze fantastische resultaten laten zien waarom de ontwikkeling van breedveld-, beeldvorming met hoge resolutie bij Gemini is de sleutel tot de toekomst van het observatorium. De recente NSF-prijs ter ondersteuning van de ontwikkeling van een soortgelijk systeem in Gemini North zal routinematige superscherpe beeldvorming van beide halfronden mogelijk maken. Het zijn zeker spannende tijden voor het Observatorium."

De Gemini-waarnemingen lossen sterren op tot ongeveer 0,1 boogseconde, wat een 36 duizendste van een graad is en vergelijkbaar met het scheiden van twee autokoplampen van ongeveer 1, 500 mijl, of 2, 500 kilometer, weg (de afstand van Manaus naar Sao Paulo in Brazilië, of van San Francisco naar Dallas in de VS). Deze resolutie is verkregen met behulp van de Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI) - een bijna-infrarood adaptieve optische camera die wordt gebruikt met het Gemini Multi-conjugate adaptive optics System (GeMS). GeMS is een geavanceerd adaptief optisch systeem dat gebruik maakt van drie vervormbare spiegels om vervormingen te corrigeren die op sterrenlicht worden veroorzaakt door turbulentie in lagen van onze atmosfeer.