Wykorzystując możliwości 8,1-metrowego teleskopu Gemini South w Chile, który jest częścią Międzynarodowego Obserwatorium Gemini obsługiwanego przez NOIRLab NSF, astronomowie uzyskali najostrzejszy w historii obraz gwiazdy R136a1, najmasywniejszej znanej gwiazdy we Wszechświecie. Ich badania, prowadzone przez astronoma NOIRLab Venu M. Kalari, kwestionują nasze zrozumienie najbardziej masywnych gwiazd i sugerują, że mogą one nie być tak masywne, jak wcześniej sądzono.
Astronomowie muszą jeszcze w pełni zrozumieć, w jaki sposób powstają najbardziej masywne gwiazdy – te o masie ponad 100 mas Słońca. Jednym ze szczególnie trudnych elementów tej układanki jest obserwacja tych olbrzymów, które zwykle zamieszkują gęsto zaludnione serca spowitych pyłem gromad gwiazd. Gigantyczne gwiazdy również żyją szybko i umierają młodo, spalając swoje rezerwy paliwa w ciągu zaledwie kilku milionów lat. Dla porównania, nasze Słońce ma mniej niż połowę swojego 10 miliardów lat życia. Połączenie gęsto upakowanych gwiazd, stosunkowo krótkich czasów życia i ogromnych odległości astronomicznych sprawia, że rozróżnianie pojedynczych masywnych gwiazd w gromadach jest zniechęcającym wyzwaniem technicznym.
Zwiększając możliwości instrumentu Zorro na teleskopie Gemini South w Międzynarodowym Obserwatorium Gemini, obsługiwanym przez NOIRLab NSF, astronomowie uzyskali najostrzejszy w historii obraz R136a1 – najmasywniejszej znanej gwiazdy. Ta kolosalna gwiazda jest członkiem gromady gwiazd R136, która leży około 160 000 lat świetlnych od Ziemi w centrum Mgławicy Tarantula w Wielkim Obłoku Magellana, karłowatej galaktyce towarzyszącej Drogi Mlecznej.
Poprzednie obserwacje sugerowały, że R136a1 ma masę od 250 do 320 mas Słońca. Nowe obserwacje Zorro wskazują jednak, że ta gigantyczna gwiazda może mieć masę tylko 170 do 230 mas Słońca. Nawet przy tym niższym oszacowaniu R136a1 nadal kwalifikuje się jako najmasywniejsza znana gwiazda.
Astronomowie są w stanie oszacować masę gwiazdy, porównując jej obserwowaną jasność i temperaturę z przewidywaniami teoretycznymi. Ostrzejsze zdjęcie Zorro umożliwiło astronomowi NOIRLab z NSF Venu M. Kalari i jego współpracownikom dokładniejsze oddzielenie jasności R136a1 od jej pobliskich gwiezdnych towarzyszy, co doprowadziło do niższych szacunków jej jasności, a tym samym masy.
„Nasze wyniki pokazują nam, że najbardziej masywna gwiazda, jaką znamy, nie jest tak masywna, jak wcześniej sądziliśmy” – wyjaśnił Kalari, główny autor artykułu ogłaszającego ten wynik. „Sugeruje to, że górna granica mas gwiazd może być również mniejsza niż wcześniej sądzono”.
Wynik ten ma również wpływ na pochodzenie pierwiastków cięższych od helu we Wszechświecie. Pierwiastki te powstają podczas kataklizmicznie wybuchowej śmierci gwiazd o masie ponad 150 mas Słońca w zdarzeniach, które astronomowie nazywają supernowymi niestabilnymi parami. Jeśli R136a1 jest mniej masywna niż wcześniej sądzono, to samo może dotyczyć innych masywnych gwiazd, a w konsekwencji supernowe niestabilne w parach mogą być rzadsze niż oczekiwano.
Gromada gwiazd zawierająca R136a1 była wcześniej obserwowana przez astronomów korzystających z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i różnych teleskopów naziemnych, ale żaden z tych teleskopów nie był w stanie uzyskać obrazów wystarczająco ostrych, aby wychwycić wszystkie pojedyncze gwiazdy pobliskiej gromady .
Instrument Zorro Gemini South był w stanie przewyższyć rozdzielczość poprzednich obserwacji, wykorzystując technikę znaną jako obrazowanie plamek, która umożliwia teleskopom naziemnym przezwyciężenie większości efektu rozmycia ziemskiej atmosfery [1]. Wykonując wiele tysięcy zdjęć jasnego obiektu z krótkim czasem naświetlania i starannie przetwarzając dane, można zniwelować prawie całe to rozmycie [2]. Takie podejście, jak również wykorzystanie optyki adaptacyjnej, może radykalnie zwiększyć rozdzielczość teleskopów naziemnych, jak pokazują nowe, ostre obserwacje R136a1 wykonane przez zespół Zorro. [3].
„Wynik ten pokazuje, że w odpowiednich warunkach 8,1-metrowy teleskop doprowadzony do granic możliwości może konkurować nie tylko z Kosmicznym Teleskopem Hubble’a, jeśli chodzi o rozdzielczość kątową, ale także z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba” – skomentował współautor Ricardo Salinas. tego artykułu i naukowiec ds. instrumentów dla Zorro. „Ta obserwacja przesuwa granicę tego, co uważa się za możliwe przy użyciu obrazowania plamek”.
„Zaczęliśmy tę pracę jako obserwację eksploracyjną, aby zobaczyć, jak dobrze Zorro może obserwować tego typu obiekty” – podsumował Kalari. „Chociaż nalegamy na ostrożność podczas interpretacji naszych wyników, nasze obserwacje wskazują, że najbardziej masywne gwiazdy mogą nie być tak masywne, jak kiedyś sądzono”.
Zorro i jego bliźniaczy instrument `Alopeke są identycznymi imagerami zamontowanymi odpowiednio na teleskopach Gemini South i Gemini North. Ich nazwy to hawajskie i hiszpańskie słowa oznaczające „lisa” i reprezentują odpowiednie lokalizacje teleskopów na Maunakea na Hawajach oraz na Cerro Pachón w Chile. Instrumenty te są częścią programu Visiting Instrument Observatory programu Gemini, który umożliwia nową naukę poprzez przystosowanie innowacyjnych instrumentów i umożliwienie ekscytujących badań. Steve B. Howell, obecny przewodniczący Rady Obserwacyjnej Gemini i starszy naukowiec w NASA Ames Research Center w Mountain View w Kalifornii, jest głównym badaczem obu instrumentów.
„Gemini South nadal pogłębia naszą wiedzę o Wszechświecie, przekształcając astronomię, jaką znamy. To odkrycie jest kolejnym przykładem osiągnięć naukowych, które możemy osiągnąć, łącząc współpracę międzynarodową, światowej klasy infrastrukturę i gwiezdny zespół” – powiedział Gemini South. Dyrektor programu NSF Gemini, Martin Still.
Uwagi
[1] Efekt rozmycia atmosfery jest tym, co sprawia, że gwiazdy migoczą w nocy, a astronomowie i inżynierowie opracowali różne podejścia do radzenia sobie z turbulencjami atmosferycznymi. Oprócz umieszczenia obserwatoriów w wysokich, suchych miejscach ze stabilnym niebem, astronomowie wyposażyli garść teleskopów w systemy optyki adaptacyjnej, zespoły sterowanych komputerowo odkształcalnych luster i laserowe gwiazdy prowadzące, które mogą korygować zniekształcenia atmosferyczne. Oprócz obrazowania plamek, Gemini South może korzystać z systemu optyki adaptacyjnej Gemini Multi-Conjugate, aby przeciwdziałać rozmyciu atmosfery.
[2] Poszczególne obserwacje uchwycone przez Zorro miały czas ekspozycji wynoszący zaledwie 60 milisekund, a 40 000 tych indywidualnych obserwacji gromady R136 zostało uchwyconych w ciągu 40 minut. Każda z tych migawek jest tak krótka, że atmosfera nie miała czasu na rozmycie żadnej indywidualnej ekspozycji, a dzięki starannemu połączeniu wszystkich 40 000 ekspozycji zespół mógł stworzyć ostry obraz gromady.
[3] Podczas obserwacji w czerwonej części widzialnego widma elektromagnetycznego (około 832 nanometrów), instrument Zorro na Gemini South ma rozdzielczość obrazu około 30 milisekund. Jest to nieco lepsza rozdzielczość niż Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba z NASA/ESA/CSA i około trzykrotnie większa rozdzielczość osiągnięta przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a przy tej samej długości fali.