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The Delicate Trails of Star Birth

March 22, 2007

Gemini's Laser Vision Reveals Striking New Details in Orion Nebula

Image Release

Media Contact:

  • Peter Michaud
    Gemini Observatory, Hilo HI, USA
    (808) 974-2510 (desk)
    (808) 937-0845 (cell)
    pmichaud@gemini.edu
    www.gemini.edu

For release on Thursday, March 22, 2007

An image released today by the Gemini Observatory brings into focus a new and remarkably detailed view of supersonic "bullets" of gas and the wakes created as they pierce through clouds of molecular hydrogen in the Orion Nebula. The image was made possible with new laser guide star adaptive optics technology that corrects in real time for image distortions caused by Earth's atmosphere.

The Orion Nebula is a star-forming region located relatively near to us, about 1,500 light-years away. It's a young stellar nursery and shows many unusual features related to the effect of massive stars on the dense birth environment of gas and dust.

The Orion bullets were first seen in a visible-light image in 1983. By 1992, images taken at infrared wavelengths led astronomers to conclude that these clumps of gas were ejected from deep within the nebula following an unknown violent event connected with the recent formation of a cluster of massive stars there. The bullets are speeding outward from the cloud at up to 400 kilometers (250 miles) per second. This is more than a thousand times faster than the speed of sound. The name "bullet" is somewhat misleading since these objects are truly gigantic. The typical size of one of the bullet tips is about ten times the size of Pluto's orbit around the Sun. The wakes shown in the image are about a fifth of a light-year long.

Clouds of iron atoms at the tip of each bullet glow brightly (blue in the Gemini image) as they are shock-heated by friction to around 5000°C (9,000°F). Molecular hydrogen, which makes up the bulk of both the bullets and the surrounding gas cloud, is destroyed at the tips by the violent collisions between the high-speed bullets and the surrounding cloud. On the trailing edges of the bullets, however, the hydrogen molecules are not destroyed, but instead are heated to about 2000°C (4000°F). As the bullets plow through the clouds they leave behind distinctive tubular wakes (colored orange in the Gemini image). These wakes shine like bullet tracers due to the heated molecular hydrogen gas.

"What I find stunning about the new image is the detail it shows, which was blurred out in any previous studies, revealing the structure of the bullets and their trailing wakes as they run into the surrounding molecular cloud," said Michael Burton of the University of New South Wales who, along with the late David Allen (Anglo-Australian Observatory) were the first to suggest the origin of these spectacular bullets 15 years ago. "This level of precision will allow the evolution of the system to be followed over the next few years, for small changes in the structures are expected from year to year as the bullets continue their outward motion."

The bullets are relatively young, with their ages estimated to be less than a thousand years since ejection. The new Gemini adaptive optics image shows them in near-infrared light in a combination of three images using different filters. The blue features in the Gemini image correspond to the shocked regions where the iron is fluorescing. The orange regions are the glowing hydrogen molecules in the bullet's wakes. In this image, the wakes ("fingers") behind each of the iron-gas bullets are resolved into filaments for the first time ever. These might well be the actual sheaths enclosing the shock waves created as the bullets travel through the cloud.

The exceptional resolution of the new image was made possible by adaptive optics technology in place at Gemini Observatory. With a laser guide star as a reference and a rapidly deformable mirror for real-time correction, astronomers can compensate for most of the atmospheric distortions that blur the near-infrared image of a star whose light reaches the telescope's primary mirror. The system deploys a yellow/orange solid-state sodium laser that produces the artificial guide star by exciting and causing a small column of sodium gas about 90 kilometers (56 miles) up in our atmosphere to glow. The artificial star it creates becomes a reference star for the adaptive optics system, and allows it to determine how the atmosphere distorts the incoming near-infrared starlight.

This Gemini image was obtained as part of the commissioning and science verification of the Gemini North laser guide star system. The data used to make this image are available to astronomers world-wide by accessing the Gemini Science Archive. Laser guide star technology is relatively new and has recently been advanced by the Gemini Observatory with the development of a solid-state laser for this purpose, a joint venture with the US National Science Foundation and the US Air Force. The Gemini North solid-state, sum-frequency laser was designed and built under contract by Coherent Technologies (now Lockheed Martin/Coherent Technologies). ALTAIR, the Gemini North adaptive optics system, was designed and built by the Herzberg Institute of Astrophysics in Victoria, Canada.

Gemini Observatory

Figure 1: This composite image at infrared wavelengths was obtained using the Gemini North laser guide star system in conjunction with the ALTAIR adaptive optics system and the NIRI near-infrared imager. The image shows the Orion "bullets" as blue features and represents the light emitted by hot iron (Fe) gas. The light from the wakes, shown in orange, is from excited hydrogen gas. The images were taken at f/14 through the Fe II, H2 1-0 and K-band filters and then combined into one color composite image. The field of view of this image is about 50 arcseconds across and structure on 0.1 arcsecond (2 pixel) scales is visible.


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M. Robberto/STScI and NOAO/AURA/NSF/Gemini Observatory (inset)

Figure 2: Wide-field image of the Orion Nebula region obtained with the ISPI near infrared camera on the Blanco 4-meter Telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile. The Gemini adaptive optics image shown here as an inset to illustrate the field of view relative to the familiar region of the Orion Nebula.

Full-resolution ISPI image without overlays | 3.59mb
Full-resolution ISPI image with overlays | 1.52mb


Gemini Observatory

Ficure 3: Propagation of the Gemini laser guide star during commissioning in July 2006. Exposure duration is approximately one minute.


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Gemini Observatory

The Gemini North laser guide star system photographed with all-sky fisheye lens.


Figure 4a Full-Resolution TIFF | 4.69mb
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La visión del láser de Gemini revela nuevos e impactantes detalles en la nebulosa de Orión

Image Release

Contacto para prensa:

  • Peter Michaud
    Observatorio Gemini, Hilo HI, USA
    (808) 974-2510 (desk)
    (808) 937-0845 (cell)
    pmichaud@gemini.edu
    www.gemini.edu

Jueves 22 de marzo de 2007

Una imagen publicada hoy por el Observatorio Gemini destaca una nueva y notablemente detallada vista de los “proyectiles” supersónicos de gas y las estelas creadas mientras éstas atraviesan las nubes de hidrógeno molecular en la nebulosa de Orión. La imagen fue posible gracias a la nueva tecnología de óptica adaptativa de la estrella láser guía, que corrige en tiempo real las distorsiones de las imágenes causadas por la atmósfera de la Tierra.

La nebulosa de Orión es una región de formación estelar localizada relativamente cerca de nosotros, a alrededor de 1.500 años luz. Es un joven semillero estelar y muestra muchas características inusuales relacionadas con el efecto de las estrellas masivas en un denso ambiente de nacimiento de gas y polvo.

Los “proyectiles” de Orión fueron vistos en una imagen en luz visible por primera vez en 1983. Para 1992, las imágenes tomadas en longitudes de ondas infrarrojas, llevaron a los astrónomos a concluir que estos grupos de gas eran expulsados desde la profundidad de la nebulosa, seguidos de un evento desconocido y violento relacionado con la reciente formación de un grupo de estrellas masivas en su interior. Los proyectiles están saliendo hacia afuera de la nube a cerca de 400 km (250 millas) por segundo. Esto es más que mil veces más rápido que la velocidad del sonido. El nombre “proyectil” podría de alguna manera llevar al error, ya que estos objetos son realmente gigantescos. El tamaño típico de una de las puntas de los proyectiles es cerca de diez veces el tamaño de la órbita de Plutón alrededor del Sol. Las estelas mostradas en la imagen son de alrededor de un quinto de año luz de largo.

Las nubes de átomos de hierro en la punta de cada proyectil resplandecen brillantemente (azul en las imágenes de Gemini) mientras son calentadas al ser golpeadas por fricción a unos 5000°C (9000°F). Las moléculas de hidrógeno, que componen tanto el grupo de proyectiles, como las de la nube de gas circundante, son destruídas en las puntas por las violentas colisiones entre las grandes velocidades de los “proyectiles” y las nubes circundantes, sin embargo, las moléculas de hidrógeno no son destruídas, sino en cambio son calentadas a alrededor de 2000°C (4000°F). Cuando los “proyectiles” perforan a traves de las nubes , dejan atrás unas estelas distintivas tubulares (de color naranjo en las imágenes de Gemini). Estas estelas brillan como trazos de proyectiles debido al gas de hidrógeno molecular caliente.

“Encuentro impresionante el detalle que muestra esta imagen, el cual era difuso en los estudios previos, revelando la estructura de los proyectiles y los rastros de las estelas mientras corren a la nube molecular circundante” señaló Michael Burton de la Universidad de Nueva Gales del Sur quien, en conjunto con el difunto David Allen (Observatorio Anglo- Australiano) fueron los primeros en sugerir el origen de estos espectaculares proyectiles hace 15 años atrás. “ Este nivel de precisión permitirá la evolución del sistema para que sea seguido durante los próximos años, porque pequeños cambios en la estructuras son esperados por años y años mientras los proyectiles continúan su movimiento exterior.”

Los proyectiles son relativamente jóvenes, con sus edades estimadas para ser de menos de mil años desde su expulsión. La nueva imagen de Gemini de óptica adaptativa muestra en la luz del infrarrojo cercano una combinación de tres imágenes usando diferentes filtros. Las características azules en la imagen de Gemini corresponden a las regiones impactadas donde el hierro es fluorecente. Las regiones naranjas son resplandecientes moléculas de hidrógeno en las estelas de los proyectiles. En esta imagen, las estelas (“dedos”) detrás de cada proyectil de gas de hierro aparecen como filamentos por primera vez. Esto bien podría ser las actuales envolturas que las ondas impactadas crearon mientras los proyectiles viajan a través de la nube.

La excepcional resolución de la nueva imagen fue posible gracias a la tecnología de óptica adaptativa que posee el Observatorio Gemini. Con una estrella láser guía de referencia y un espejo rápido deformable para corrección en tiempo real, los astrónomos pueden compensar la mayoría de las distorsiones atmosféricas que nublan la imagen del infrarrojo cercano de una estrella cuya luz alcanza el espejo primario del telescopio. Este sistema despliega un láser de estado sólido color amarillo/naranjo que produce una estrella guía artificial por y causando una pequeña columna de sodio de gas de alrededor de 90 kilómetros(56 millas) arriba en la atmósfera para brillar. La estrella artificial creada se convierte en una estrella de referencia para el sistema de óptica adaptativa, y permite determinar cómo la atmósfera distorciona la luz entrante de las estrellas del infrarrojo cercano.

La imagen de Gemini fue obtenida como parte del comisionado y verificación científica del sistema de estrella guía láser de Gemini Norte. Los datos utilizados para realizar esta imagen se encuentran disponibles para cualquier astrónomo en todo el mundo y se puede acceder a éstos desde el Archivo de Ciencias de Gemini. La tecnología del guía láser es relativamente nueva y recientemente ha ido avanzando en el Observatorio Gemini con el desarrollo de un láser de estado sólido para este propósito, gracias a un joint venture con la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. y la Fuerza Aérea de ese país. El láser sólido de suma frecuencia de Gemini Norte, fue diseñado y construído bajo contrato por Coherent Tecnologies (ahora Lockheed/Martin Coherent Technologies). ALTAIR, el sistema de óptica adaptativa de Gemini Norte, fue diseñado y construido por el Instituto de Herzberg de Astrofísica en Victoria, Canadá.

Observatorio Gemini

Figura 1: La composición de esta imagen en ondas infrarrojas fue obtenida usando el sistema de estrella laser guía en conjunto con el sistema de óptica adaptativa ALTAIR y el aparato de infrarrojo cercano NIRI. La imagen muestra los “proyectiles” de Orión como características azules y representan la luz emitida por gas caliente de hierro (Fe). La luz de las estelas, mostradas en naranjo, son de gas de hidrógeno. Las imágenes fueron tomadas a f/14 a través de Fe II, banda de filtros H2 1-0 y filtros de banda –K y luego combinadas en un color de la imagen compuesta. El campo de vista de esta imagen es de alrededor de 50 segundos arcos de (2 pixeles) y su estructura de escala de 0.1 segundos de arcos es visible.


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M. Robberto/STScI and NOAO/AURA/NSF/Gemini Observatory (inset)

Figura 2: Imagen de campo amplio de la región de la Nebulosa de Orión obtenida con la cámara de infrarrojo cercano ISPI en el telescopio Blanco de 4 metros de Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. La imagen de óptica adaptativa de Gemini mostrada aquí en el recuadro, ilustra el campo de vista relativo a la región familiar de la nebulosa de Orión.

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Full-resolution ISPI image with overlays | 1.52mb


Gemini Observatory

Figura 3: La Propagación de estrella guía láser durante el comisionado en Julio de 2006. La duración de exposición es de aproximadamente un minuto.


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Gemini Observatory

Sistema de estrella guía láser de Gemini Norte fotografiado con un lente gran angular.


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