La imagen más nítida jamás vista de la estrella conocida más masiva (R136a1) del universo

La innovadora observación del Observatorio Gemini sugiere que esta y posiblemente otras estrellas colosales son menos masivas de lo que se pensaba anteriormente.

Los astrónomos aún tienen que comprender completamente cómo se forman las estrellas más masivas, aquellas con más de 100 veces la masa del Sol. Una pieza particularmente desafiante de este rompecabezas es obtener observaciones de estos gigantes, que normalmente habitan en los corazones densamente poblados de los cúmulos de estrellas envueltos en polvo. Las estrellas gigantes también viven rápido y mueren jóvenes, quemando sus reservas de combustible en solo unos pocos millones de años. En comparación, nuestro Sol está a menos de la mitad de su vida útil de 10 mil millones de años. La combinación de estrellas densamente agrupadas, vidas relativamente cortas y grandes distancias astronómicas hace que distinguir estrellas masivas individuales en cúmulos sea un desafío técnico abrumador.

Al impulsar las capacidades del instrumento Zorro en el telescopio Gemini Sur del Observatorio Internacional Gemini, operado por NOIRLab de NSF, los astrónomos han obtenido la imagen más nítida jamás vista de R136a1, la estrella más masiva conocida. Esta colosal estrella es miembro del cúmulo estelar R136, que se encuentra a unos 160.000 años luz de la Tierra en el centro de la Nebulosa de la Tarántula en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana compañera de la Vía Láctea.

Las observaciones anteriores sugirieron que R136a1 tenía una masa entre 250 y 320 veces la masa del Sol. Las nuevas observaciones de Zorro, sin embargo, indican que esta estrella gigante puede tener solo entre 170 y 230 veces la masa del Sol. Incluso con esta estimación más baja, R136a1 aún califica como la estrella conocida más masiva.

Los astrónomos pueden estimar la masa de una estrella comparando su brillo y temperatura observados con las predicciones teóricas. La imagen más nítida de Zorro permitió al astrónomo de NOIRLab de NSF, Venu M. Kalari, y a sus colegas separar con mayor precisión el brillo de R136a1 de sus compañeras estelares cercanas, lo que llevó a una estimación más baja de su brillo y, por lo tanto, de su masa.

“Nuestros resultados nos muestran que la estrella más masiva que conocemos actualmente no es tan masiva como habíamos pensado anteriormente”, explicó Kalari, autor principal del artículo que anuncia este resultado. «Esto sugiere que el límite superior de las masas estelares también puede ser más pequeño de lo que se pensaba».

Este resultado también tiene implicaciones para el origen de los elementos más pesados ​​que el helio en el Universo. Estos elementos se crean durante la muerte cataclísmicamente explosiva de estrellas de más de 150 veces la masa del Sol en eventos que los astrónomos denominan supernovas de inestabilidad de pares. Si R136a1 es menos masivo de lo que se pensaba anteriormente, lo mismo podría ocurrir con otras estrellas masivas y, en consecuencia, las supernovas de inestabilidad de pares pueden ser más raras de lo esperado.

El cúmulo estelar que alberga a R136a1 ha sido observado previamente por astrónomos utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA y una variedad de telescopios terrestres, pero ninguno de estos telescopios pudo obtener imágenes lo suficientemente nítidas para seleccionar a todos los miembros estelares individuales del cúmulo cercano. .

El instrumento Zorro de Gemini South pudo superar la resolución de observaciones anteriores mediante el uso de una técnica conocida como imagen moteada, que permite a los telescopios terrestres superar gran parte del efecto de desenfoque de la atmósfera terrestre. Tomando muchos miles de imágenes de corta exposición de un objeto brillante y procesando cuidadosamente los datos, es posible cancelar casi todo este desenfoque. Este enfoque, así como el uso de la óptica adaptativa, puede aumentar drásticamente la resolución de los telescopios terrestres, como lo demuestran las nuevas y nítidas observaciones de R136a1 del Zorro realizadas por el equipo.

«Este resultado muestra que, dadas las condiciones adecuadas, un telescopio de 8,1 metros llevado al límite puede rivalizar no solo con el Telescopio Espacial Hubble en lo que respecta a la resolución angular, sino también con el Telescopio Espacial James Webb«, comentó Ricardo Salinas, coautor. de este artículo y el científico del instrumento para Zorro. «Esta observación empuja el límite de lo que se considera posible usando imágenes de motas«.

“Comenzamos este trabajo como una observación exploratoria para ver qué tan bien el Zorro podía observar este tipo de objetos”, concluyó Kalari. «Aunque instamos a la precaución al interpretar nuestros resultados, nuestras observaciones indican que las estrellas más masivas pueden no ser tan masivas como se pensaba«.

Zorro y su instrumento gemelo `Alopeke son generadores de imágenes idénticos montados en los telescopios Gemini Sur y Gemini Norte, respectivamente. Sus nombres son el hawaiano y español para la palabra «zorro» y representan las ubicaciones respectivas de los telescopios en Maunakea en Hawai’i y en Cerro Pachón en Chile. Estos instrumentos son parte del Programa de Instrumentos Visitantes del Observatorio Gemini, que permite una nueva ciencia al acomodar instrumentos innovadores y permitir una investigación emocionante. Steve B. Howell, actual presidente de la Junta del Observatorio Gemini y científico investigador principal del Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View, California, es el investigador principal de ambos instrumentos.

“Gemini South continúa mejorando nuestra comprensión del Universo, transformando la astronomía tal como la conocemos. Este descubrimiento es otro ejemplo más de las hazañas científicas que podemos lograr cuando combinamos la colaboración internacional, la infraestructura de clase mundial y un equipo estelar”, dijo Martin Still, oficial del programa NSF Gemini.

Referencia

• Venu M. Kalari, Elliott P. Horch, Ricardo Salinas, Jorick S. Vink, Morten Andersen, Joachim M. Bestenlehner, Monica Rubio. «Resolving the core of R136 in the optical«. ApJ 2022. https://arxiv.org/abs/2207.13078