noirlab2220es — Comunicado científico

Desde Chile capturan imagen de la estrella más gigante del universo conocido

Observaciones realizadas en el telescopio de Gemini Sur en la Región de Coquimbo, sugieren que ésta y otras estrellas de su tipo no son tan masivas como se pensaba previamente

18 Agosto 2022

Un equipo de astrónomos logró lo que hasta la fecha es la imagen más nítida de R136a1, la estrella más masiva del Universo, gracias a la avanzada tecnología del telescopio de 8,1 metros de Gemini Sur que se encuentra en Chile y que opera NOIRLab de NSF junto a Observatorio AURA. La investigación que lidera el astrónomo Venu M. Kalari, desafía las teorías sobre las estrellas más masivas y sugiere que posiblemente no son tan masivas como se creía previamente.

Los astrónomos aún no comprenden completamente cómo se forman las estrellas más masivas, es decir aquellas que tienen más de 100 veces la masa del Sol. La observación de estrellas masivas es particularmente desafiante porque generalmente se encuentran en el corazón de cúmulos estelares densamente poblados y envueltos en polvo. Además, las estrellas gigantes no viven mucho, porque queman sus reservas de combustible en solo unos pocos millones de años. En comparación, el Sol se encuentra a menos de la mitad de su vida útil de 10 mil millones de años. La combinación de estrellas densamente agrupadas, su vida relativamente corta, y las enormes distancias astronómicas hace que el descubrimiento de estrellas masivas sea un desafío técnico abrumador.

Utilizando un instrumento llamado Zorro, que se encuentra instalado en el telescopio de Gemini Sur que forma parte del Observatorio Internacional Gemini, y que opera NOIRLab de NSF y AURA, los astrónomos consiguieron la imagen más nítida jamás vista de R136a1, la estrella más masiva que se conoce. Esta colosal estrella es miembro del cúmulo estelar R136, que se ubica 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.

Observaciones previas sugerían que R136a1 tenía una masa entre 250 a 320 veces la masa del Sol. Sin embargo, las nuevas observaciones de Zorro, indican que esta gigante estrella podría tener sólo entre 170 a 230 veces la masa del Sol. Incluso, con esta estimación más a la baja, R136a1 continúa siendo la estrella más masiva que se conoce.

Los astrónomos pueden estimar la masa de una estrella comparando el brillo y temperatura observados, con las predicciones teóricas que se habían realizado. La imagen más nítida de Zorro permitió al astrónomo de NOIRLab 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 muestran que la estrella más masiva que actualmente conocemos, en realidad no es tan masiva como pensábamos previamente”, explicó Kalari, quien es el autor principal del artículo científico que anunció el resultado. “Esto sugiere que el límite superior de las masas estelares puede ser menor de lo que se creía”.

Este resultado también tiene implicaciones sobre el origen de los elementos más pesados que el helio en el universo. Estos elementos se producen durante la muerte explosiva y cataclísmica de estrellas de más de 150 veces la masa del Sol, en eventos que los astrónomos denominan como supernovas de inestabilidad de pares. Si R136a1 es menos masiva de lo que se pensaba previamente, lo mismo podría ocurrir con otras estrellas masivas y, en consecuencia, las supernovas de inestabilidad de pares podrían ser más extrañas de lo esperado.

El cúmulo estelar que alberga R136a1 fue observado previamente por los astrónomos utilizando el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y una variedad de telescopios terrestres pero ninguno de ellos pudo obtener imágenes lo suficientemente nítidas para individualizar todas las estrellas miembros del cúmulo cercano.

El instrumento Zorro en Gemini Sur, fue capaz de superar la resolución de observaciones anteriores utilizando una técnica conocida en inglés como speckle imaging, la que permite a los telescopios terrestres superar gran parte del efecto de turbulencia de la atmósfera terrestre [1]. Al obtener miles de imágenes de corta exposición de un objeto brillante, y procesando cuidadosamente los datos, es posible cancelar casi todo el desenfoque que produce la atmósfera [2]. 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 obtenidas por Zorro y procesadas por el equipo de astrónomos. [3].

“Este resultado muestra que con 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 científico del instrumento para Zorro. "Esta observación empuja el límite de lo que se considera posible usando speckle imaging".

“Comenzamos este trabajo como una observación de prueba para ver que tan bien Zorro podía observar este tipo de objetos” explicó Kalari. “Si bien instamos a la precaución al interpretar nuestros resultados, nuestras observaciones indican que las estrellas más masivas no serían tan masivas como se pensaba”.

Zorro y su instrumento gemelo `Alopeke son cámaras idénticas que están montadas en los telescopios de Gemini Sur y Gemini Norte, respectivamente. Sus nombres se refieren a la palabra “zorro” en español y en hawaiano, y representan las ubicaciones respectivas de los telescopios en Maunakea, Hawai‘i, y en Cerro Pachón, en Chile. Estos instrumentos son parte del Programa de Instrumentos Visitantes del Observatorio Gemini, que permite realizar emocionantes proyectos científicos nuevos mediante la instalación de instrumentos innovadores. Steve B. Howell, quien es presidente de la Junta del Observatorio Gemini y científico investigador sénior del Centro de Investigación Ames de la NASA en Mountain View, California, es el investigador principal de ambos instrumentos.

Por su parte el Jefe del Programa Gemini en NSF, Martin Still, precisó que “Gemini Sur continúa mejorando nuestra comprensión del Universo, transformando la astronomía tal como la conocemos. Este descubrimiento es otro ejemplo de las hazañas científicas que podemos lograr cuando combinamos la colaboración internacional, la infraestructura de clase mundial y un equipo estelar”.

Notas

[1] El efecto de turbulencia atmosférica hace que las estrellas titilen o parpadeen de noche, pero los astrónomos y los ingenieros han ideado una serie de técnicas para reducir este problema. Además de situar los observatorios en sitios altos y secos con cielos estables, los astrónomos han equipado un puñado de telescopios con sistemas de óptica adaptativa, espejos deformables controlados por computadora y estrellas guía láser que pueden corregir la distorsión atmosférica. Además de las imágenes speckle, Gemini Sur puede utilizar su Sistema Multi-conjugado de Óptica Adaptativa para contrarrestar el desenfoque que produce la atmósfera en las imágenes.

[2] Las observaciones individuales capturadas por Zorro tenían tiempos de exposición de solo 60 milisegundos, y 40.000 de estas observaciones individuales del cúmulo R136 se capturaron en el transcurso de 40 minutos. Cada una de estas instantáneas es tan corta que la atmósfera no tuvo tiempo de desenfocar ninguna exposición individual, y al combinar cuidadosamente las 40.000 exposiciones, el equipo pudo construir una imagen nítida del cúmulo.

[3] Al observar en la parte roja del espectro electromagnético (unos 832 nanómetros), el instrumento Zorro en Gemini Sur tiene una resolución de imagen de cerca de 30 miliarcosegundos. Esto es una resolución levemente mejor que la del Telescopio Espacial James Webb Space de NASA/ESA/CSA y una resolución aproximadamente tres veces más nítida lograda por el Telescopio Espacial Hubble en la misma longitud de onda.

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo científico titulado “Resolving the core of R136 in the optical” que será publicado en The Astrophysical Journal.

El equipo estaba compuesto por Venu M. Kalari (Gemini Observatory/NSF's NOIRLab and Departamento de Astronomia, Universidad de Chile), Elliott P. Horch (Department of Physics, Southern Connecticut State University), Ricardo Salinas (Gemini Observatory/NSF's NOIRLab), Jorick S. Vink (Armagh Observatory and Planetarium), Morten Andersen (Gemini Observatory/NSF's NOIRLab and the European Southern Observatory), Joachim M. Bestenlehner (Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield), and Monica Rubio (Departamento de Astronomia, Universidad de Chile).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.