Utilizzando l'imaging ottico adattivo ad alta risoluzione dall'Osservatorio Gemini, gli astronomi hanno scoperto uno dei più antichi ammassi stellari della Via Lattea. L'immagine straordinariamente nitida guarda indietro alla storia antica del nostro Universo e fornisce nuove intuizioni su come si è formata la nostra Galassia.

Proprio come l'imaging ad alta definizione sta trasformando l'home entertainment, sta anche facendo progredire il modo in cui gli astronomi studiano l'Universo.

"Le immagini ultra nitide dell'ottica adattiva dell'Osservatorio Gemini ci hanno permesso di determinare l'età di alcune delle stelle più antiche della nostra Galassia, " ha detto Leandro Kerber dell'Universidade de São Paulo e dell'Universidade Estadual de Santa Cruz, Brasile. Kerber ha guidato un ampio team di ricerca internazionale che ha pubblicato i propri risultati nel numero di aprile 2019 del Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Utilizzando la tecnologia avanzata dell'ottica adattiva presso il telescopio Gemini South in Cile, i ricercatori hanno zoomato su un ammasso di stelle noto come HP 1. "La rimozione delle distorsioni della nostra atmosfera alla luce delle stelle con l'ottica adattiva rivela dettagli straordinari negli oggetti che studiamo, " ha aggiunto Kerber. "Poiché abbiamo catturato queste stelle con così tanti dettagli, siamo stati in grado di determinare la loro età avanzata e mettere insieme una storia molto avvincente".

Quella storia inizia proprio mentre l'Universo stava raggiungendo il suo miliardesimo compleanno.

"Questo ammasso stellare è come un antico fossile sepolto in profondità nel rigonfiamento della nostra Galassia, e ora siamo stati in grado di datarlo a un tempo lontano quando l'Universo era molto giovane, " ha detto Stefano Souza, uno studente di dottorato presso l'Universidade de São Paulo, Brasile, che ha lavorato con Kerber come parte del team di ricerca. I risultati del team datano l'ammasso a circa 12,8 miliardi di anni, rendendo queste stelle tra le più antiche mai trovate nella nostra Galassia. "Queste sono anche alcune delle stelle più antiche che abbiamo visto da nessuna parte, " ha aggiunto Suza.

"HP 1 è uno dei membri sopravvissuti dei mattoni fondamentali che hanno assemblato il rigonfiamento interno della nostra Galassia, " disse Kerber. Fino a pochi anni fa, gli astronomi credevano che i più antichi ammassi globulari - sciami sferici fino a un milione di stelle - si trovassero solo nelle parti esterne della Via Lattea, mentre i più giovani risiedevano nelle regioni galattiche più interne. Però, lo studio di Kerber, così come altri lavori recenti basati sui dati dell'Osservatorio Gemini e dell'Hubble Space Telescope (HST), hanno rivelato che antichi ammassi stellari si trovano anche all'interno del rigonfiamento galattico e relativamente vicini al centro galattico.

Gli ammassi globulari ci dicono molto sulla formazione e l'evoluzione della Via Lattea. Si pensa che la maggior parte di questi antichi e massicci sistemi stellari si siano coalizzati dalla nube di gas primordiale che in seguito è collassata per formare il disco a spirale della nostra Galassia, mentre altri sembrano essere i nuclei delle galassie nane consumate dalla nostra Via Lattea. Dei circa 160 ammassi globulari conosciuti nella nostra Galassia, circa un quarto si trova all'interno della regione del rigonfiamento centrale molto oscurata e fitta della Via Lattea. Questa massa sferica di stelle circa 10, 000 anni luce di diametro forma il fulcro centrale della Via Lattea (il tuorlo se vuoi) che è fatto principalmente di vecchie stelle, gas, e polvere. Tra i grappoli all'interno del rigonfiamento, quelli che sono i più poveri di metalli (privi di elementi più pesanti) – che include HP 1 – sono stati a lungo sospettati di essere i più antichi. HP 1 quindi è fondamentale, in quanto funge da eccellente tracciante della prima evoluzione chimica della nostra Galassia.

"HP 1 sta giocando un ruolo fondamentale nella nostra comprensione di come si è formata la Via Lattea, " ha detto Kerber. "Ci sta aiutando a colmare il divario nella nostra comprensione tra il passato della nostra Galassia e il suo presente".

Kerber e il suo team internazionale hanno utilizzato le immagini ottiche adattive ad alta risoluzione squisitamente profonde dell'Osservatorio Gemini e le immagini ottiche d'archivio dell'HST per identificare i membri deboli del cluster, che sono essenziali per la determinazione dell'età. Con questo ricco set di dati hanno confermato che HP 1 è una reliquia fossile nata meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang, quando l'Universo era nella sua infanzia.

"Questi risultati coronano uno sforzo di oltre due decenni con alcuni dei migliori telescopi al mondo volti a determinare abbondanze chimiche accurate con la spettroscopia ad alta risoluzione, " ha detto Beatriz Barbuy dell'Universidade de São Paulo, coautore di questo articolo ed esperto di fama mondiale in questo campo. "Queste immagini dei Gemelli sono i migliori dati fotometrici a terra che abbiamo. Sono allo stesso livello dei dati HST, permettendoci di recuperare un pezzo mancante nel nostro puzzle:l'età di HP 1. Dall'esistenza di oggetti così antichi, possiamo attestare la breve scala temporale della formazione stellare nel rigonfiamento galattico, così come il suo rapido arricchimento chimico."

Per determinare la distanza del cluster, il team ha utilizzato dati d'archivio a terra per identificare 11 stelle variabili RR Lyrae (un tipo di "candela standard" utilizzata per misurare le distanze cosmiche) all'interno di HP 1. La luminosità osservata di queste stelle RR Lyrae indica che HP 1 è a una distanza di circa 21, 500 anni luce, posizionandolo a circa 6, 000 anni luce dal centro galattico, ben all'interno della regione centrale del rigonfiamento della Galassia.

Kerber e il suo team hanno anche utilizzato i dati Gemini, anche HST, Telescopio molto grande, e i dati della missione Gaia, per affinare l'orbita di HP 1 all'interno della nostra Galassia. Questa analisi mostra che durante la storia di HP 1, l'ammasso si è avvicinato a circa 400 anni luce dal centro galattico, meno di un decimo della sua distanza attuale.

"La combinazione di elevata risoluzione angolare e sensibilità al vicino infrarosso rende GeMS/GSAOI uno strumento estremamente potente per lo studio di questi dispositivi compatti, ammassi stellari molto ricoperti di polvere, " ha aggiunto Mattia Libralato dello Space Telescope Science Institute, un coautore dello studio. "Attenta caratterizzazione di questi antichi sistemi, come abbiamo fatto qui, è fondamentale per affinare la nostra conoscenza della formazione della nostra Galassia."

Chris Davis, Responsabile del programma presso la National Science Foundation (NSF) per i Gemelli, commentato, "Questi risultati favolosi dimostrano perché lo sviluppo del campo ampio, l'imaging ad alta risoluzione a Gemini è la chiave per il futuro dell'Osservatorio. Il recente premio NSF per supportare lo sviluppo di un sistema simile a Gemini North renderà realtà l'imaging di routine super nitido da entrambi gli emisferi. Questi sono certamente tempi entusiasmanti per l'Osservatorio".

Le osservazioni dei Gemelli risolvono le stelle a circa 0,1 secondo d'arco che è un 36 millesimi di grado e paragonabile alla separazione di due fari di automobili da circa 1, 500 miglia, o 2, 500 chilometri, distanza (la distanza da Manaus a San Paolo in Brasile, o da San Francisco a Dallas negli USA). Questa risoluzione è stata ottenuta utilizzando il Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI), una fotocamera ottica adattiva nel vicino infrarosso utilizzata con il Gemini Multi-conjugate Adaptive optics System (GeMS). GeMS è un avanzato sistema di ottica adattiva che utilizza tre specchi deformabili per correggere le distorsioni impartite alla luce delle stelle dalla turbolenza negli strati della nostra atmosfera.