Genom att utnyttja kapaciteten hos det 8,1 meter långa Gemini South-teleskopet i Chile, som är en del av International Gemini Observatory som drivs av NSF:s NOIRLab, har astronomer fått den skarpaste bilden någonsin av stjärnan R136a1, den mest massiva kända stjärnan i universum. Deras forskning, ledd av NOIRLab-astronomen Venu M. Kalari, utmanar vår förståelse av de mest massiva stjärnorna och antyder att de kanske inte är så massiva som tidigare trott.

Astronomer har ännu inte helt förstått hur de mest massiva stjärnorna - de som är mer än 100 gånger solens massa - bildas. En särskilt utmanande del av detta pussel är att få observationer av dessa jättar, som vanligtvis bor i de tätbefolkade hjärtan av dammhöljda stjärnhopar. Jättestjärnor lever också snabbt och dör unga, och bränner genom sina bränslereserver på bara några miljoner år. Som jämförelse är vår sol mindre än halvvägs genom sin 10 miljarder år långa livslängd. Kombinationen av tätt packade stjärnor, relativt kort livslängd och stora astronomiska avstånd gör att särskilja enskilda massiva stjärnor i kluster till en skrämmande teknisk utmaning.

Genom att trycka på kapaciteten hos Zorro-instrumentet på Gemini South-teleskopet i International Gemini Observatory, som drivs av NSF:s NOIRLab, har astronomer fått den skarpaste bilden någonsin av R136a1 – den mest massiva kända stjärnan. Denna kolossala stjärna är en medlem av stjärnhopen R136, som ligger cirka 160 000 ljusår från jorden i mitten av Tarantelnebulosan i det stora magellanska molnet, en dvärggalax i Vintergatan.

Tidigare observationer antydde att R136a1 hade en massa någonstans mellan 250 och 320 gånger solens massa. De nya Zorro-observationerna indikerar dock att denna jättestjärna kanske bara är 170 till 230 gånger solens massa. Även med denna lägre uppskattning kvalificerar R136a1 fortfarande som den mest massiva kända stjärnan.

Astronomer kan uppskatta en stjärnas massa genom att jämföra dess observerade ljusstyrka och temperatur med teoretiska förutsägelser. Den skarpare Zorro-bilden gjorde det möjligt för NSF:s NOIRLab-astronom Venu M. Kalari och hans kollegor att mer exakt separera ljusstyrkan hos R136a1 från dess närliggande stjärnkompisar, vilket ledde till en lägre uppskattning av dess ljusstyrka och därför dess massa.

"Våra resultat visar oss att den mest massiva stjärnan vi känner för närvarande inte är så massiv som vi tidigare trott", förklarade Kalari, huvudförfattare till tidningen publicerad i The Astrophysical Journal . "Detta tyder på att den övre gränsen för stjärnmassor också kan vara mindre än man tidigare trott."

Detta resultat har också implikationer för ursprunget av element som är tyngre än helium i universum. Dessa element skapas under den katastrofalt explosiva döden av stjärnor som är mer än 150 gånger solens massa i händelser som astronomer kallar parinstabilitetssupernovor. Om R136a1 är mindre massiv än man tidigare trott kan detsamma gälla andra massiva stjärnor och följaktligen kan parinstabilitetssupernovor vara sällsynta än väntat.

Stjärnhopen som är värd för R136a1 har tidigare observerats av astronomer med hjälp av NASA/ESA rymdteleskop Hubble och en mängd olika markbaserade teleskop, men inget av dessa teleskop kunde få bilder som är tillräckligt skarpa för att plocka ut alla individuella stjärnmedlemmar i den närliggande hopen. .

Gemini Souths Zorro-instrument kunde överträffa upplösningen från tidigare observationer genom att använda en teknik som kallas speckle imaging, som gör det möjligt för markbaserade teleskop att övervinna mycket av den suddiga effekten av jordens atmosfär. Genom att ta många tusen kortexponerade bilder av ett ljust föremål och noggrant bearbeta datan är det möjligt att ta bort nästan all denna suddighet. Detta tillvägagångssätt, såväl som användningen av adaptiv optik, kan dramatiskt öka upplösningen hos markbaserade teleskop, vilket framgår av teamets nya skarpa Zorro-observationer av R136a1.

"Detta resultat visar att under de rätta förhållandena kan ett 8,1-meters teleskop som pressats till sina gränser konkurrera med inte bara Hubble Space Telescope när det kommer till vinkelupplösning, utan även James Webb Space Telescope," kommenterade Ricardo Salinas, en medförfattare. av denna artikel och instrumentforskaren för Zorro. "Denna observation tänjer på gränsen för vad som anses möjligt med hjälp av speckle imaging."

"Vi började det här arbetet som en utforskande observation för att se hur väl Zorro kunde observera den här typen av föremål," sa Kalari. "Medan vi uppmanar till försiktighet när vi tolkar våra resultat, indikerar våra observationer att de mest massiva stjärnorna kanske inte är så massiva som en gång trodde."

Zorro och dess tvillinginstrument 'Alopeke är identiska bildapparater monterade på Gemini South- respektive Gemini North-teleskopen. Deras namn är de hawaiianska och spanska orden för "räv" och representerar teleskopens respektive platser på Maunakea i Hawaii och på Cerro Pachón i Chile. Dessa instrument är en del av Gemini Observatorys Visiting Instrument Program, som möjliggör ny vetenskap genom att rymma innovativa instrument och möjliggöra spännande forskning. Steve B. Howell, nuvarande ordförande för Gemini Observatory Board och senior forskare vid NASA Ames Research Center i Mountain View, Kalifornien, är huvudutredare för båda instrumenten.

"Gemini South fortsätter att förbättra vår förståelse av universum och förändra astronomi som vi känner den. Den här upptäckten är ännu ett exempel på de vetenskapliga bedrifterna vi kan åstadkomma när vi kombinerar internationellt samarbete, infrastruktur i världsklass och ett fantastiskt team," sa NSF Gemini Program Officer Martin Still. + Utforska vidare

Astronomer får nya bilder av R136, den mest massiva stjärnan som någonsin hittats