Une observation révolutionnaire de l’observatoire Gemini suggère que cette étoile et peut-être d’autres étoiles colossales sont moins massives qu’on ne le pensait auparavant

Les astronomes n’ont pas encore bien compris comment se forment les étoiles les plus massives – celles qui ont plus de 100 fois la masse du Soleil. Une pièce particulièrement difficile de ce puzzle consiste à obtenir des observations de ces géants, qui habitent généralement les cœurs densément peuplés d’amas d’étoiles enveloppés de poussière. Les étoiles géantes vivent aussi vite et meurent jeunes, brûlant leurs réserves de carburant en seulement quelques millions d’années. En comparaison, notre Soleil est à moins de la moitié de sa durée de vie de 10 milliards d’années. La combinaison d’étoiles denses, de durées de vie relativement courtes et de vastes distances astronomiques fait de la distinction des étoiles massives individuelles dans les amas un défi technique de taille.

En poussant les capacités de l’instrument Zorro sur le télescope Gemini Sud de l’Observatoire international Gemini, exploité par le NOIRLab de la NSF, les astronomes ont obtenu l’image la plus nette de R136a1, l’étoile la plus massive connue. Cette étoile colossale fait partie de l’amas d’étoiles R136, qui se trouve à environ 160 000 années-lumière de la Terre au centre de la nébuleuse de la Tarentule dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine compagnon de la Voie lactée.

Des observations précédentes suggéraient que R136a1 avait une masse comprise entre 250 et 320 fois la masse du Soleil. Les nouvelles observations de Zorro indiquent cependant que cette étoile géante pourrait n’avoir que 170 à 230 fois la masse du Soleil. Même avec cette estimation inférieure, R136a1 se qualifie toujours comme l’étoile la plus massive connue.

Les astronomes sont capables d’estimer la masse d’une étoile en comparant sa luminosité et sa température observées avec des prédictions théoriques. L’image plus nette de Zorro a permis à l’astronome NOIRLab de la NSF Venu M. Kalari et à ses collègues de séparer plus précisément la luminosité de R136a1 de ses compagnons stellaires proches, ce qui a conduit à une estimation plus faible de sa luminosité et donc de sa masse.

“Nos résultats nous montrent que l’étoile la plus massive que nous connaissons actuellement n’est pas aussi massive que nous le pensions auparavant”, a expliqué Kalari, auteur principal de l’article annonçant ce résultat. “Cela suggère que la limite supérieure des masses stellaires pourrait également être plus petite qu’on ne le pensait auparavant.”

Ce résultat a également des implications sur l’origine des éléments plus lourds que l’hélium dans l’Univers. Ces éléments sont créés lors de la mort explosive cataclysmique d’étoiles de plus de 150 fois la masse du Soleil lors d’événements que les astronomes appellent des supernovae à instabilité de paires. Si R136a1 est moins massif qu’on ne le pensait auparavant, il pourrait en être de même pour d’autres étoiles massives et, par conséquent, les supernovae à instabilité de paires pourraient être plus rares que prévu.

L’amas d’étoiles hébergeant R136a1 a déjà été observé par des astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et une variété de télescopes au sol, mais aucun de ces télescopes n’a pu obtenir d’images suffisamment nettes pour sélectionner tous les membres stellaires individuels de l’amas voisin. .

L’instrument Zorro de Gemini South a pu surpasser la résolution des observations précédentes en utilisant une technique connue sous le nom d’imagerie de chatoiement, qui permet aux télescopes au sol de surmonter une grande partie de l’effet de flou de l’atmosphère terrestre [1]. En prenant plusieurs milliers d’images à courte exposition d’un objet lumineux et en traitant soigneusement les données, il est possible d’annuler presque tout ce flou. [2]. Cette approche, ainsi que l’utilisation de l’optique adaptative, peut augmenter considérablement la résolution des télescopes au sol, comme le montrent les nouvelles observations précises de Zorro de l’équipe sur le R136a1. [3].

“Ce résultat montre que dans les bonnes conditions, un télescope de 8,1 mètres poussé à ses limites peut rivaliser non seulement avec le télescope spatial Hubble en termes de résolution angulaire, mais aussi avec le télescope spatial James Webb”, a commenté Ricardo Salinas, co-auteur. de cet article et l’instrumentiste de Zorro. “Cette observation repousse les limites de ce qui est considéré comme possible en utilisant l’imagerie de chatoiement.”

“Nous avons commencé ce travail comme une observation exploratoire pour voir dans quelle mesure Zorro pouvait observer ce type d’objet”, a conclu Kalari. “Bien que nous appelions à la prudence lors de l’interprétation de nos résultats, nos observations indiquent que les étoiles les plus massives pourraient ne pas être aussi massives qu’on le pensait.”

Zorro et son instrument jumeau `Alopeke sont des imageurs identiques montés respectivement sur les télescopes Gemini South et Gemini North. Leurs noms sont les mots hawaïens et espagnols pour “renard” et représentent les emplacements respectifs des télescopes sur Maunakea à Hawai’i et sur Cerro Pachón au Chili. Ces instruments font partie du programme d’instruments de visite de l’Observatoire Gemini, qui permet une nouvelle science en accueillant des instruments innovants et en permettant des recherches passionnantes. Steve B. Howell, actuel président du conseil d’administration de l’observatoire Gemini et chercheur principal au centre de recherche Ames de la NASA à Mountain View, en Californie, est le chercheur principal des deux instruments.

« Gemini South continue d’améliorer notre compréhension de l’Univers, transformant l’astronomie telle que nous la connaissons. Cette découverte est un autre exemple des exploits scientifiques que nous pouvons accomplir lorsque nous combinons une collaboration internationale, une infrastructure de classe mondiale et une équipe stellaire », a déclaré Martin Still, responsable du programme NSF Gemini.

Remarques

[1] L’effet de flou de l’atmosphère est ce qui fait scintiller les étoiles la nuit, et les astronomes et les ingénieurs ont mis au point une variété d’approches pour faire face à la turbulence atmosphérique. En plus de placer des observatoires sur des sites élevés et secs avec un ciel stable, les astronomes ont équipé une poignée de télescopes de systèmes d’optique adaptative, d’assemblages de miroirs déformables contrôlés par ordinateur et d’étoiles guides laser qui peuvent corriger la distorsion atmosphérique. En plus de l’imagerie de speckle, Gemini South est capable d’utiliser son système d’optique adaptative multiconjugué Gemini pour contrer le flou de l’atmosphère.

[2] Les observations individuelles capturées par Zorro avaient des temps d’exposition de seulement 60 millisecondes, et 40 000 de ces observations individuelles du cluster R136 ont été capturées en 40 minutes. Chacun de ces instantanés est si court que l’atmosphère n’a pas eu le temps de brouiller une exposition individuelle, et en combinant soigneusement les 40 000 expositions, l’équipe a pu créer une image nette de l’amas.

[3] Lors de l’observation dans la partie rouge du spectre électromagnétique visible (environ 832 nanomètres), l’instrument Zorro sur Gemini South a une résolution d’image d’environ 30 milliarcsecondes. C’est une résolution légèrement meilleure que celle du télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA et une résolution environ trois fois plus nette obtenue par le télescope spatial Hubble à la même longueur d’onde.