¡Imágenes ultra nítidas hacen que las estrellas viejas se vean absolutamente maravillosas!

Imagen en color GSAOI + GeMS compuesta de HP 1. Crédito: Observatorio Gemini / AURA / NSF

Utilizando imágenes de óptica adaptativa de alta resolución del Observatorio Gemini, los astrónomos han descubierto uno de los cúmulos de estrellas más antiguos en la Galaxia de la Vía Láctea. La imagen extraordinariamente nítida se remonta a la historia temprana de nuestro Universo y arroja nuevas perspectivas sobre cómo se formó nuestra Galaxia. 

Así como la imagen de alta definición está transformando el entretenimiento en el hogar, también está avanzando en la forma en que los astrónomos estudian el Universo. 

"Las imágenes de óptica adaptativa ultra-nítidas del Observatorio Gemini nos permitieron determinar las edades de algunas de las estrellas más antiguas de nuestra Galaxia", dijo Leandro Kerber, de la Universidad de São Paulo y la Universidad Estadual de Santa Cruz, Brasil. Kerber dirigió un gran equipo de investigación internacional que publicó sus resultados en la edición de abril de 2019 de los Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Con el uso de la tecnología de óptica adaptativa avanzada en el telescopio Gemini South en Chile, los investigadores enfocaron un grupo de estrellas conocido como HP 1. "Eliminar las distorsiones de nuestra atmósfera a la luz de las estrellas con óptica adaptativa revela enormes detalles en los objetos que estudiamos", agregó Kerber. "Debido a que capturamos estas estrellas con gran detalle, pudimos determinar su edad avanzada y armar una historia muy convincente". 

Esa historia comienza justo cuando el Universo estaba llegando a cumplir su primer billón de años. 

"Este cúmulo de estrellas es como un fósil antiguo enterrado profundamente en el bulbo de nuestra galaxia, y ahora hemos podido fecharlo en un momento lejano cuando el Universo era muy joven", dijo Stefano Souza, estudiante de doctorado de la Universidade de São Paulo, Brasil, que trabajó con Kerber como parte del equipo de investigación. Los resultados del equipo datan del grupo en aproximadamente 12.800 millones de años, lo que hace que estas estrellas se encuentren entre las más antiguas de nuestra galaxia. "Estas son también algunas de las estrellas más antiguas que hayamos visto en cualquier lugar”, agregó Souza. 

"HP 1 es uno de los miembros supervivientes de los bloques de construcción fundamentales que ensamblaron la protuberancia interna de nuestro Galaxy", dijo Kerber. Hasta hace unos años, los astrónomos creían que los cúmulos de estrellas globulares más antiguos, enjambres esféricos de hasta un millón de estrellas, solo se encontraban en las partes externas de la Vía Láctea, mientras que los más jóvenes residían en las regiones galácticas más internas. Sin embargo, el estudio de Kerber, así como otro trabajo reciente basado en datos del Observatorio Gemini y el Telescopio Espacial Hubble (HST), han revelado que los cúmulos de estrellas antiguas también se encuentran dentro del bulbo galáctico y están relativamente cerca del centro galáctico. 

Figura 1. Imagen en color GSAOI + GeMS compuesta de HP 1 obtenida con el telescopio Gemini South en Chile. El norte está arriba y el este a la izquierda. Imagen compuesta producida por Mattia Libralato del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial. Crédito: Observatorio Gemini / AURA / NSF; Imagen compuesta producida por Mattia Libralato del Space Telescope Science Institute

Los cúmulos globulares nos dicen mucho sobre la formación y evolución de la Vía Láctea. Se cree que la mayoría de estos sistemas estelares antiguos y masivos se han unido de la nube de gas primordial que más tarde colapsó para formar el disco espiral de nuestra galaxia, mientras que otros parecen ser los núcleos de galaxias enanas consumidas por nuestra Vía Láctea. De los aproximadamente 160 cúmulos globulares conocidos en nuestra galaxia, alrededor de un cuarto están ubicados dentro de la región central de la Vía Láctea, que está muy oculta y está muy apretada. Esta masa esférica de estrellas de unos 10.000 años luz de diámetro forma el eje central de la Vía Láctea (la yema por así decir) que está compuesta principalmente de estrellas viejas, gas y polvo. Entre los grupos dentro de la protuberancia, los que son los más pobres en metales (que carecen de elementos más pesados), que incluye el HP 1, han sido sospechosos de ser los más antiguos. 

"HP 1 está jugando un papel crítico en nuestra comprensión de cómo se formó la Vía Láctea", dijo Kerber. "Nos está ayudando a cerrar la brecha en nuestra comprensión entre el pasado y el presente de nuestra Galaxia". 

Kerber y su equipo internacional utilizaron las imágenes ópticas adaptativas de alta resolución y exquisitamente profundas del Observatorio Gemini, así como las imágenes ópticas de archivo del HST para identificar miembros tenues del grupo, que son esenciales para la determinación de la edad. Con este rico conjunto de datos, confirmaron que HP 1 es una reliquia fósil nacida menos de mil millones de años después del Big Bang, cuando el Universo estaba en su infancia. 

"Estos resultados coronan un esfuerzo de más de dos décadas con algunos de los mejores telescopios del mundo destinados a determinar la abundancia química precisa con espectroscopia de alta resolución", dijo Beatriz Barbuy, de la Universidad de São Paulo, coautora de este documento y reconocida mundialmente. Experto en este campo. "Estas imágenes de Gemini son los mejores datos fotométricos terrestres que tenemos. Están al mismo nivel de datos HST, lo que nos permite recuperar una pieza faltante en nuestro rompecabezas: la era de HP 1. Desde la existencia de tales objetos antiguos, Podemos dar fe de la breve escala de tiempo de formación de estrellas en el bulto galáctico, así como de su rápido enriquecimiento químico ". 

Figura 2. La imagen compuesta en color GSAOI + GeMS de HP 1 (imagen derecha) se muestra en relación con el campo completo del grupo obtenido por el Telescopio de levantamiento visible e infrarrojo para astronomía (izquierda). Crédito: Observatorio Gemini / NSF / AURA / VISTA / Aladin / CDS.

Para determinar la distancia del cúmulo, el equipo usó datos de archivo basados ​​en el terreno para identificar 11 estrellas de RR Lyrae variables (un tipo de "Candela estándar" utilizada para medir distancias cósmicas) dentro de HP 1. El brillo observado de estas estrellas de RR Lyrae indica que HP 1 se encuentra a una distancia de aproximadamente 21.500 años luz, ubicándolo a aproximadamente 6.000 años luz del centro galáctico, dentro de la región central de la galaxia. 

Kerber y su equipo también utilizaron los datos de Gemini, así como los datos de la misión HST, Very Large Telescope y Gaia, para refinar la órbita de HP 1 dentro de nuestro Galaxy. Este análisis muestra que durante la historia de HP 1, el grupo se acercó a unos 400 años luz del centro galáctico, menos de una décima parte de su distancia actual. 

"La combinación de alta resolución angular y la sensibilidad del infrarrojo cercano hacen de GeMS / GSAOI una herramienta extremadamente poderosa para estudiar estos cúmulos estelares compactos y muy envueltos en polvo", agregó Mattia Libralato, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, coautora del estudio. "La caracterización cuidadosa de estos sistemas antiguos, como hemos hecho aquí, es fundamental para refinar nuestro conocimiento de la formación de nuestra Galaxia". 

Chris Davis, oficial de programas de la National Science Foundation (NSF) para Gemini, comentó: “Estos resultados fabulosos demuestran por qué el desarrollo de imágenes de campo amplio y alta resolución en Gemini es clave para el futuro del Observatorio. El reciente premio NSF para respaldar el desarrollo de un sistema similar en Gemini North hará realidad la imagen súper nítida de rutina de ambos hemisferios. Estos son ciertamente tiempos emocionantes para el Observatorio ". 

Las observaciones de Gemini resuelven las estrellas a aproximadamente 0,1 segundos de arco, que es una 36 milésima de grado y es comparable a la separación de dos faros de automóviles de aproximadamente 1.500 millas o 2.500 kilómetros de distancia (la distancia de Manaus a Sao Paulo en Brasil o de San Francisco a Dallas en los Estados Unidos). Esta resolución se obtuvo utilizando el generador de imágenes de óptica adaptativa del sur de Gemini (GSAOI), una cámara de óptica adaptativa de infrarrojo cercano que se utiliza con el sistema de óptica adaptativa de múltiples conjugados de Gemini (GeMS). GeMS es un sistema avanzado de óptica adaptativa que utiliza tres espejos deformables para corregir las distorsiones impartidas a la luz de las estrellas por la turbulencia en las capas de nuestra atmósfera. 

Fuente: Gemini Observatory,