Подобно тому, как изображения высокой четкости меняют домашние развлечения, они также продвигают то, как астрономы изучают Вселенную.
«Сверхчеткие изображения с адаптивной оптикой, полученные из обсерватории Близнецов, позволили нам определить возраст некоторых из самых старых звезд в нашей Галактике», – сказал Леандро Кербер из Университета Сан-Паулу и Университета Эстадуаль де Санта-Крус, Бразилия. Кербер возглавлял большую международную исследовательскую группу, которая опубликовала свои результаты в апрельском выпуске Ежемесячных уведомлений Королевского астрономического общества за 2019 год.
Используя передовую технологию адаптивной оптики на телескопе Gemini South в Чили, исследователи увеличили изображение скопления звезд, известного как HP 1. «Удаление искажений нашей атмосферы до звездного света с помощью адаптивной оптики позволяет раскрыть огромные детали в объектах, которые мы изучаем», – добавил Кербер. «Поскольку мы запечатлели этих звезд с такой мельчайшей детализацией, мы смогли определить их преклонный возраст и составить очень интересную историю."
Эта история начинается в тот момент, когда Вселенная приближается к своему миллиардному дню рождения.
«Это звездное скопление похоже на древнюю окаменелость, похороненную глубоко в выпуклости нашей Галактики, и теперь мы можем датировать ее далеким временем, когда Вселенная была очень молодой», – сказал Стефано Соуза, аспирант Университета де Сан-Паулу, Бразилия, который работал с Кербером в составе исследовательской группы. По данным команды, кластер был около 12 лет.8 миллиардов лет, что делает эти звезды одними из самых старых, когда-либо обнаруженных в нашей Галактике. «Это также одни из самых старых звезд, которые мы когда-либо видели», – добавил Соуза.
«HP 1 – один из уцелевших членов фундаментальных строительных блоков, из которых собрана внутренняя выпуклость нашей Галактики», – сказал Кербер. Еще несколько лет назад астрономы считали, что самые старые шаровые звездные скопления – сферические скопления из миллиона звезд – расположены только во внешних частях Млечного Пути, в то время как более молодые – во внутренних областях Галактики. Однако исследование Кербера, а также другие недавние работы, основанные на данных обсерватории Близнецов и космического телескопа Хаббла (HST), показали, что древние звездные скопления также находятся внутри Галактического балджа и относительно близко к центру Галактики.
Шаровые скопления много рассказывают о формировании и эволюции Млечного Пути. Считается, что большинство этих древних и массивных звездных систем образовались из первичного газового облака, которое позже коллапсировало, чтобы сформировать спиральный диск нашей Галактики, в то время как другие, похоже, являются ядрами карликовых галактик, поглощенных нашим Млечным путем. Из примерно 160 шаровых скоплений, известных в нашей Галактике, около четверти расположены в сильно затемненной и плотно упакованной центральной области выпуклости Млечного Пути.
Эта сферическая масса звезд размером около 10 000 световых лет в поперечнике образует центральный узел Млечного Пути (желток, если хотите), который состоит в основном из старых звезд, газа и пыли. Среди скоплений внутри выпуклости те, которые являются наиболее бедными металлами (без более тяжелых элементов), в том числе HP 1, долгое время считались самыми старыми.
HP 1 имеет решающее значение, поскольку он служит отличным индикатором ранней химической эволюции нашей Галактики.
«HP 1 играет решающую роль в нашем понимании того, как образовался Млечный Путь», – сказал Кербер. "Это помогает нам преодолеть разрыв в нашем понимании между прошлым нашей Галактики и ее настоящим."
Кербер и его международная команда использовали невероятно глубокие изображения адаптивной оптики с высоким разрешением из обсерватории Близнецов, а также архивные оптические изображения с HST для идентификации слабых членов скопления, которые необходимы для определения возраста. С помощью этого богатого набора данных они подтвердили, что HP 1 – это ископаемый реликт, родившийся менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, когда Вселенная находилась в зачаточном состоянии.
«Эти результаты венчают более чем двадцатилетние усилия с некоторыми из лучших в мире телескопов, нацеленных на точное определение химического состава с помощью спектроскопии высокого разрешения», – сказала Беатрис Барбуи из Университета Сан-Паулу, соавтор этой статьи и всемирно известный эксперт в этой области. "Эти изображения Близнецов – лучшие наземные фотометрические данные, которые у нас есть. Они находятся на том же уровне данных HST, что позволяет нам восстановить недостающий элемент в нашей головоломке: возраст HP 1. По существованию таких старых объектов мы можем засвидетельствовать короткое время звездообразования в Галактическом балджу, а также его быстрое химическое обогащение."
Чтобы определить расстояние до скопления, команда использовала архивные наземные данные, чтобы идентифицировать 11 переменных звезд RR Лиры (тип «стандартной свечи», используемой для измерения космических расстояний) в пределах HP 1. Наблюдаемая яркость этих звезд типа RR Лиры указывает на то, что HP 1 находится на расстоянии около 21 500 световых лет, что означает, что он находится примерно в 6000 световых годах от центра Галактики, в пределах центральной области выпуклости Галактики.
Кербер и его команда также использовали данные Gemini, а также данные миссии HST, Very Large Telescope и Gaia, чтобы уточнить орбиту HP 1 в нашей Галактике. Этот анализ показывает, что за время существования HP 1 скопление приближалось к центру Галактики на расстояние примерно 400 световых лет – менее одной десятой его нынешнего расстояния.
«Комбинация высокого углового разрешения и чувствительности в ближнем инфракрасном диапазоне делает GeMS / GSAOI чрезвычайно мощным инструментом для изучения этих компактных, сильно покрытых пылью звездных скоплений», – добавил Маттиа Либралато из Научного института космического телескопа, соавтор исследования. "Тщательное описание этих древних систем, как мы сделали здесь, имеет первостепенное значение для уточнения наших знаний о формировании нашей Галактики."
Крис Дэвис, руководитель программы Национального научного фонда (NSF) по Gemini, прокомментировал: «Эти потрясающие результаты демонстрируют, почему разработка широкоугольных изображений с высоким разрешением в Gemini является ключом к будущему Обсерватории.
Недавняя награда NSF за поддержку разработки подобной системы в Gemini North сделает повседневную сверхчеткую съемку обоих полушарий реальностью. Это, безусловно, захватывающие времена для Обсерватории."
Наблюдения Близнецов разрешают звезды примерно до 0.1 угловая секунда, что составляет одну 36 тысячную градуса и сопоставимо с разделением двух автомобильных фар на расстоянии примерно 1500 миль или 2500 километров (расстояние от Манауса до Сан-Паулу в Бразилии или от Сан-Франциско до Далласа в США). Это разрешение было получено с помощью Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI) – камеры с адаптивной оптикой ближнего инфракрасного диапазона, используемой с системой адаптивной оптики Gemini Multi-сопряженной оптики (GeMS).
GeMS – это усовершенствованная система адаптивной оптики, в которой используются три деформируемых зеркала для коррекции искажений, создаваемых звездным светом турбулентностью в слоях нашей атмосферы.
Обсерватория Близнецов – это международное сотрудничество с двумя идентичными 8-метровыми телескопами. Фредерик С. Телескоп Gillett Gemini расположен на острове Мауна-Кеа, Гавайи (север Близнецов), а другой телескоп – на горе Серро-Пачон в центральной части Чили (юг Близнецов); вместе двойные телескопы обеспечивают полное покрытие обоих полушарий неба.
В телескопах используются технологии, которые позволяют большим, относительно тонким зеркалам под активным контролем собирать и фокусировать как видимое, так и инфракрасное излучение из космоса.
Обсерватория Близнецов предоставляет астрономическим сообществам в пяти странах-участницах самое современное астрономическое оборудование, которое распределяет время наблюдений пропорционально вкладу каждой страны. Помимо финансовой поддержки, каждая страна также предоставляет значительные научные и технические ресурсы.
Национальные исследовательские агентства, которые образуют партнерство Gemini, включают: Национальный научный фонд США (NSF), Канадский национальный исследовательский совет (NRC), Чилийскую национальную комиссию по исследованию научных исследований и технологий (CONICYT), бразильскую компанию Ministerio da Ciencia, аргентинскую Ministerio de Ciencia, Tecnologia e Innovacion Productiva, Tecnologia e Inovacao и Корейский астрономический и космический институт (KASI). Обсерватория находится под управлением Ассоциации университетов для исследований в области астрономии, Inc. (AURA) в соответствии с соглашением о сотрудничестве с NSF.
NSF также является исполнительным агентством международного партнерства.