Usando imagens ópticas adaptativas de alta resolução do Observatório Gemini, astrônomos descobriram um dos mais antigos aglomerados de estrelas da Via Láctea. A imagem incrivelmente nítida remonta ao início da história de nosso Universo e lança novos insights sobre como nossa Galáxia se formou.

Assim como a imagem de alta definição está transformando o entretenimento doméstico, também está avançando na forma como os astrônomos estudam o Universo.

"Imagens de óptica adaptativa ultra-nítidas do Observatório Gemini nos permitiram determinar as idades de algumas das estrelas mais antigas de nossa galáxia, "disse Leandro Kerber da Universidade de São Paulo e da Universidade Estadual de Santa Cruz, Brasil. Kerber liderou uma grande equipe de pesquisa internacional que publicou seus resultados na edição de abril de 2019 da Avisos mensais da Royal Astronomical Society .

Usando tecnologia de óptica adaptativa avançada no telescópio Gemini South no Chile, os pesquisadores ampliaram um aglomerado de estrelas conhecido como HP 1. "A remoção das distorções de nossa atmosfera à luz das estrelas com a ótica adaptativa revela detalhes tremendos nos objetos que estudamos, "acrescentou Kerber." Como capturamos essas estrelas com tantos detalhes, fomos capazes de determinar sua idade avançada e montar uma história muito convincente. "

Essa história começa assim que o Universo estava atingindo seu aniversário de um bilionésimo.

"Este aglomerado de estrelas é como um fóssil antigo enterrado nas profundezas da protuberância de nossa galáxia, e agora podemos datá-lo de uma época distante, quando o Universo era muito jovem, "disse Stefano Souza, estudante de doutorado na Universidade de São Paulo, Brasil, que trabalhou com Kerber como parte da equipe de pesquisa. Os resultados da equipe datam o cluster em cerca de 12,8 bilhões de anos, tornando essas estrelas entre as mais antigas já encontradas em nossa galáxia. "Estas também são algumas das estrelas mais antigas que vimos em qualquer lugar, "acrescentou Souza.

"HP 1 é um dos membros sobreviventes dos blocos de construção fundamentais que montaram a protuberância interna de nossa Galáxia, "disse Kerber. Até alguns anos atrás, astrônomos acreditavam que os mais antigos aglomerados de estrelas globulares - enxames esféricos de até um milhão de estrelas - estavam localizados apenas nas partes externas da Via Láctea, enquanto os mais jovens residiam nas regiões Galácticas mais internas. Contudo, Estudo de Kerber, bem como outros trabalhos recentes baseados em dados do Observatório Gemini e do Telescópio Espacial Hubble (HST), revelaram que aglomerados de estrelas antigas também são encontrados dentro da protuberância galáctica e relativamente perto do centro galáctico.

Aglomerados globulares nos dizem muito sobre a formação e evolução da Via Láctea. Acredita-se que a maioria desses sistemas estelares antigos e massivos tenham se aglutinado a partir da nuvem de gás primordial que mais tarde entrou em colapso para formar o disco espiral de nossa Galáxia, enquanto outros parecem ser os núcleos de galáxias anãs consumidas por nossa Via Láctea. Dos cerca de 160 aglomerados globulares conhecidos em nossa Galáxia, cerca de um quarto está localizado na região da protuberância central da Via Láctea, fortemente obscurecida e compactada. Esta massa esférica de estrelas cerca de 10, 000 anos-luz de diâmetro forma o eixo central da Via Láctea (a gema, se preferir), que é feito principalmente de estrelas velhas, gás, e poeira. Entre os aglomerados dentro da protuberância, aqueles que são mais pobres em metal (sem elementos mais pesados) - o que inclui HP 1 - há muito tempo são suspeitos de serem os mais antigos. HP 1 então é fundamental, pois serve como um excelente traçador da evolução química inicial de nossa galáxia.

"A HP 1 está desempenhando um papel fundamental em nossa compreensão de como a Via Láctea se formou, "Kerber disse." Está nos ajudando a preencher a lacuna em nossa compreensão entre o passado e o presente de nossa Galáxia.

Kerber e sua equipe internacional usaram as imagens óticas adaptativas de alta resolução primorosamente profundas do Observatório Gemini, bem como imagens óticas de arquivo do HST para identificar membros tênues do cluster, que são essenciais para a determinação da idade. Com este rico conjunto de dados, eles confirmaram que HP 1 é uma relíquia fóssil nascida menos de um bilhão de anos após o Big Bang, quando o Universo estava em sua infância.

"Esses resultados coroam um esforço de mais de duas décadas com alguns dos melhores telescópios do mundo visando determinar abundâncias químicas precisas com espectroscopia de alta resolução, disse Beatriz Barbuy, da Universidade de São Paulo, coautor deste artigo e um especialista de renome mundial neste campo. "Essas imagens Gemini são os melhores dados fotométricos baseados em solo que temos. Eles estão no mesmo nível de dados HST, permitindo-nos recuperar uma peça que faltava em nosso quebra-cabeça:a idade de HP 1. Da existência de tais objetos antigos, podemos atestar a curta escala de tempo de formação de estrelas na protuberância Galáctica, bem como seu rápido enriquecimento químico. "

Para determinar a distância do cluster, a equipe usou dados de arquivos terrestres para identificar 11 estrelas variáveis ​​RR Lyrae (um tipo de "vela padrão" usada para medir distâncias cósmicas) dentro de HP 1. O brilho observado dessas estrelas RR Lyrae indica que HP 1 está a uma distância de cerca de 21, 500 anos-luz, colocando-o aproximadamente 6, 000 anos-luz do centro galáctico, bem dentro da região protuberante central da Galáxia.

Kerber e sua equipe também usaram os dados do Gemini, bem como HST, Telescópio Muito Grande, e dados de missão Gaia, para refinar a órbita do HP 1 dentro de nossa galáxia. Esta análise mostra que durante a história da HP 1, o aglomerado chegou a cerca de 400 anos-luz do centro galáctico - menos de um décimo de sua distância atual.

"A combinação de alta resolução angular e sensibilidade ao infravermelho próximo torna GeMS / GSAOI uma ferramenta extremamente poderosa para estudar estes compactos, aglomerados estelares altamente cobertos de poeira, "acrescentou Mattia Libralato, do Space Telescope Science Institute, coautor do estudo. "Caracterização cuidadosa desses sistemas antigos, como fizemos aqui, é fundamental para refinar nosso conhecimento da formação de nossa Galáxia. "

Chris Davis, Oficial de programa da National Science Foundation (NSF) para Gemini, comentou, "Esses resultados fabulosos demonstram porque o desenvolvimento de campo amplo, imagens de alta resolução na Gemini são a chave para o futuro do Observatório. O recente prêmio da NSF para apoiar o desenvolvimento de um sistema semelhante na Gemini North tornará a imagem super nítida de rotina de ambos os hemisférios uma realidade. Estes são certamente tempos emocionantes para o Observatório. "

As observações de Gêmeos resolvem estrelas em cerca de 0,1 segundo de arco, que é um 36 milésimos de grau e comparável a separar dois faróis de automóveis de aproximadamente 1, 500 milhas, ou 2, 500 quilômetros, distância (a distância de Manaus a São Paulo no Brasil, ou de São Francisco para Dallas nos EUA). Esta resolução foi obtida usando o Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI) - uma câmera ótica adaptativa próxima ao infravermelho usada com o Sistema ótico adaptativo Multi-conjugado Gemini (GeMS). GeMS é um sistema ótico adaptativo avançado que utiliza três espelhos deformáveis ​​para corrigir distorções transmitidas à luz das estrelas por turbulência em camadas de nossa atmosfera.