Grâce à l'imagerie optique adaptative haute résolution de l'observatoire Gemini, Les astronomes ont découvert l'un des plus anciens amas d'étoiles de la Voie lactée. L'image remarquablement nette revient sur les débuts de l'histoire de notre Univers et apporte de nouvelles informations sur la formation de notre Galaxie.

Tout comme l'imagerie haute définition transforme le divertissement à domicile, il fait également progresser la façon dont les astronomes étudient l'Univers.

"Les images d'optique adaptative ultra-nettes de l'observatoire Gemini nous ont permis de déterminer l'âge de certaines des étoiles les plus anciennes de notre Galaxie, " a déclaré Leandro Kerber de l'Universidade de São Paulo et de l'Universidade Estadual de Santa Cruz, Brésil. Kerber a dirigé une grande équipe de recherche internationale qui a publié ses résultats dans le numéro d'avril 2019 du Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

En utilisant la technologie avancée d'optique adaptative au télescope Gemini South au Chili, les chercheurs ont zoomé sur un amas d'étoiles connu sous le nom de HP 1. "La suppression des distorsions de notre atmosphère à la lumière des étoiles avec l'optique adaptative révèle d'énormes détails dans les objets que nous étudions, " ajouta Kerber. " Parce que nous avons capturé ces étoiles avec tant de détails, nous avons pu déterminer leur âge avancé et reconstituer une histoire très convaincante."

Cette histoire commence juste au moment où l'Univers atteignait son milliardième anniversaire.

"Cet amas d'étoiles est comme un ancien fossile enfoui profondément dans le renflement de notre Galaxie, et maintenant nous avons pu le dater d'une époque lointaine où l'Univers était très jeune, " a déclaré Stefano Souza, un doctorant à l'Universidade de São Paulo, Brésil, qui a travaillé avec Kerber dans le cadre de l'équipe de recherche. Les résultats de l'équipe datent l'amas d'environ 12,8 milliards d'années, faisant de ces étoiles parmi les plus anciennes jamais trouvées dans notre Galaxie. "Ce sont aussi quelques-unes des étoiles les plus anciennes que nous ayons vues, " a ajouté Souza.

"HP 1 est l'un des membres survivants des blocs de construction fondamentaux qui ont assemblé le renflement intérieur de notre Galaxie, " a déclaré Kerber. Jusqu'à il y a quelques années, les astronomes pensaient que les plus anciens amas d'étoiles globulaires - des essaims sphériques comptant jusqu'à un million d'étoiles - n'étaient situés que dans les parties extérieures de la Voie lactée, tandis que les plus jeunes résidaient dans les régions galactiques les plus intimes. Cependant, l'étude de Kerber, ainsi que d'autres travaux récents basés sur les données de l'observatoire Gemini et du télescope spatial Hubble (HST), ont révélé que d'anciens amas d'étoiles se trouvent également dans le renflement galactique et relativement près du centre galactique.

Les amas globulaires nous en disent long sur la formation et l'évolution de la Voie lactée. On pense que la plupart de ces systèmes stellaires anciens et massifs se sont fondus dans le nuage de gaz primordial qui s'est ensuite effondré pour former le disque spiral de notre Galaxie, tandis que d'autres semblent être les noyaux des galaxies naines consommées par notre Voie lactée. Sur les quelque 160 amas globulaires connus dans notre Galaxie, environ un quart sont situés dans la région centrale du renflement fortement obscurcie et étroitement emballée de la Voie lactée. Cette masse sphérique d'étoiles quelque 10, 000 années-lumière de diamètre forme le noyau central de la Voie lactée (le jaune si vous voulez) qui est principalement constitué de vieilles étoiles, gaz, et de la poussière. Parmi les grappes dans le renflement, ceux qui sont les plus pauvres en métaux (manque d'éléments plus lourds) - dont HP 1 - ont longtemps été suspectés d'être les plus anciens. HP 1 est alors pivot, car il sert d'excellent traceur de l'évolution chimique précoce de notre Galaxie.

"HP 1 joue un rôle essentiel dans notre compréhension de la formation de la Voie lactée, " a déclaré Kerber. " Cela nous aide à combler le fossé dans notre compréhension entre le passé et le présent de notre Galaxie. "

Kerber et son équipe internationale ont utilisé les images d'optique adaptative haute résolution extrêmement profondes de l'observatoire Gemini ainsi que les images optiques d'archives du HST pour identifier les membres faibles de l'amas, qui sont essentiels à la détermination de l'âge. Avec ce riche ensemble de données, ils ont confirmé que HP 1 est une relique fossile née moins d'un milliard d'années après le Big Bang, quand l'Univers en était à ses balbutiements.

"Ces résultats couronnent un effort de plus de deux décennies avec certains des meilleurs télescopes au monde visant à déterminer des abondances chimiques précises avec une spectroscopie haute résolution, " a déclaré Beatriz Barbuy de l'Universidade de São Paulo, co-auteur de cet article et expert de renommée mondiale dans ce domaine. "Ces images Gemini sont les meilleures données photométriques au sol dont nous disposons. Elles sont au même niveau que les données HST, nous permettant de récupérer une pièce manquante dans notre puzzle :l'âge de HP 1. De l'existence de tels objets anciens, nous pouvons attester de la courte échelle de temps de formation des étoiles dans le bulbe galactique, ainsi que son enrichissement chimique rapide."

Pour déterminer la distance du cluster, l'équipe a utilisé des données d'archives au sol pour identifier 11 étoiles variables RR Lyrae (un type de "bougie standard" utilisée pour mesurer les distances cosmiques) au sein de HP 1. La luminosité observée de ces étoiles RR Lyrae indique que HP 1 est à une distance de environ 21, 500 années-lumière, en le plaçant environ 6, 000 années-lumière du centre galactique, bien dans la région centrale du renflement de la Galaxie.

Kerber et son équipe ont également utilisé les données Gemini, ainsi que la TVH, Très grand télescope, et les données de la mission Gaia, pour affiner l'orbite de HP 1 au sein de notre Galaxie. Cette analyse montre qu'au cours de l'histoire de HP 1, l'amas s'est approché à environ 400 années-lumière du centre galactique, soit moins d'un dixième de sa distance actuelle.

"La combinaison d'une résolution angulaire élevée et d'une sensibilité proche infrarouge fait de GeMS/GSAOI un outil extrêmement puissant pour étudier ces compacts, amas stellaires fortement recouverts de poussière, " a ajouté Mattia Libralato du Space Telescope Science Institute, un co-auteur de l'étude. « Caractérisation minutieuse de ces systèmes anciens, comme nous l'avons fait ici, est primordiale pour affiner notre connaissance de la formation de notre Galaxie."

Chris Davis, Chargé de programme à la National Science Foundation (NSF) pour Gemini, commenté, "Ces résultats fabuleux montrent pourquoi le développement du grand champ, l'imagerie haute résolution à Gemini est la clé de l'avenir de l'Observatoire. Le récent prix NSF pour soutenir le développement d'un système similaire à Gemini North fera de l'imagerie ultra-nette de routine des deux hémisphères une réalité. Ce sont certainement des moments passionnants pour l'Observatoire."

Les observations Gemini résolvent les étoiles à environ 0,1 seconde d'arc, ce qui correspond à un 36 millième de degré et comparable à la séparation de deux phares d'automobile d'environ 1, 500 milles, ou 2, 500 kilomètres, loin (la distance de Manaus à Sao Paulo au Brésil, ou de San Francisco à Dallas aux USA). Cette résolution a été obtenue à l'aide du Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI) - une caméra à optique adaptative proche infrarouge utilisée avec le système d'optique adaptative multi-conjugué Gemini (GeMS). GeMS est un système d'optique adaptative avancé utilisant trois miroirs déformables pour corriger les distorsions transmises à la lumière des étoiles par la turbulence dans les couches de notre atmosphère.