Gwiazdy ujawniają sekrety młodego wyglądu

Gromada kulista NGC 6388
Gromada kulista NGC 6388 sfotografowana za pomocą 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO.
ESO, F. Ferraro (University of Bologna)

Niektórzy ludzie są w świetnej formie w wieku 90 lat, podczas gdy inni są zgrzybiałymi staruszkami już przed pięćdziesiątką. Wiemy, że szybkość starzenia się ludzi jest jedynie luźno związana z ich faktycznym wiekiem – dużo większy wpływ może mieć ich styl życia. Nowe badania za pomocą 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO w Obserwatorium ESO La Silla oraz Kosmicznego Teleskopu Hubble'a (należącego do NASA/ESA) pokazały, że jest to także prawdziwe w przypadku gromad gwiazd.

Gromady kuliste to kuliste zbiorowiska gwiazd, ściśle związane ze sobą poprzez wzajemną grawitację. Relikty wczesnych lat Wszechświata, w wieku typowo 12-13 miliardów lat (Wielki Wybuch nastąpił 13,7 miliarda lat temu). W Drodze Mlecznej jest prawie 150 gromad kulistych, zawierających wiele najstarszych gwiazd naszej galaktyki.

Ale podczas gdy gwiazdy są stare, a gromady uformowały się w odległej przeszłości, astronomowie korzystający z 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO oraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (należącego do NASA/ESA) odkryli, że niektóre z gromad są wciąż młode duchem. Wyniki badań zostaną zaprezentowane w wydaniu czasopisma Nature z 20 grudnia 2012 r.

„Mimo, że wszystkie te gromady powstały miliardy lat temu” mówi Francesco Ferraro (Uniwersytet Boloński, Włochy), kierownik zespołu, który dokonał odkrycia, „to zastanawialiśmy się czy niektóre mogą starzeć się szybciej lub wolniej niż inne. Analizując rozmieszczenie niebieskich gwiazd istniejących w gromadach odkryliśmy, że niektóre z gromad faktycznie ewoluowały znacznie szybciej i opracowaliśmy metodę pomiaru tempa starzenia się.”

Gromady gwiazd formują się w krótkim okresie czasu, co oznacza, że wszystkie gwiazdy w ich składzie powinny mieć prawie taki sam wiek. Ponieważ jasne, masywne gwiazdy szybciej spalają swoje paliwo, a gromady kuliste są bardzo stare, powinny w nich występować tylko gwiazd małomasywne.

Okazuje się, że taka  sytuacja nie występuje: w pewnych warunkach gwiazd mogą otrzymać nowy zastrzyk sił witalnych dzięki dodatkowemu paliwu, które je napełnia i powoduje znaczące pojaśnienie. Taka sytuacja może się zdarzyć gdy jedna gwiazda wysysa materię z bliskiej s sąsiadki, albo gdy gwiazd zderzą się. Odnowione gwiazdy zwane są błękitnymi maruderami [1], a ich masy i jasności są przedmiotem niniejszych badań.

Masywniejsze gwiazdy przesuwają się w kierunku centrum gromady wraz z upływem lat w procesie podobnym do sedymentacji. Duże masy niebieskich maruderów oznaczają, że są pod silnym wpływem tego procesu, a ich jasność czyni obiekty te łatwymi do obserwacji [2].

Aby lepiej zrozumieć starzenie się gromad zespół wykonał mapy rozmieszczenia niebieskich maruderów w 21 gromadach kulistych, widocznych na zdjęciach z 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO oraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i z innych obserwatoriów [3]. Teleskop Hubble’a dostarczył zdjęć wysokiej rozdzielczości zatłoczonych centrów 20 gromad, natomiast teleskopy naziemne pozwoliły na bardziej panoramiczne widoki mniej gęstych rejonów zewnętrznych.

Analizując dane obserwacyjne zespół odkrył, że kilka gromad wydaje się młodych z porozrzucanymi niebieskimi maruderami, a inne większe grupy wyglądają staro, z niebieskimi maruderami tłoczącymi się w centrum. Trzecia grupa znajduje się w procesie starzenia się, z gwiazdami najbliższymi jądru migrującymi do środka jako pierwsze, a następnie z dalszymi gwiazdami sukcesywnie tonącymi w kierunku centrum.

„Ponieważ wszystkie te gromady uformowały się prawie w tym samym czasie, pokazuje to duże różnice pomiędzy gromadami w szybkości ewolucji” powiedziała Barbara Lanzoni (Uniwersytet Boloński, Włochy), współautorka pracy. W przypadku szybko starzejących się gromad sądzimy, że procesy sedymentacji mogą dopełnić się w ciągu kilkuset milionów lat, a w obiektach najwolniejszych może to zająć kilka razy dłużej niż obecny wiek Wszechświata.”

Gdy najcięższe gwiazdy gromady toną w kierunku centrum, gromada doświadcza zjawiska zwanego kolapsem jądra, gdy w centrum gromady staje się ekstremalnie gęste. Procesy prowadzące do kolapsu jądra są całkiem dobrze poznane i zależą od liczby, gęstości i prędkości ruchów gwiazd. Jednak tempo, w którym następowały nie było do tej pory znane [4]. Niniejsze badania dostarczają pierwszego empirycznego dowodu na tempo starzenia się różnych gromad.

Uwagi

[1] Błękitny maruderzy są tak nazywani z błękitnego koloru i faktu, że ich ewolucja pozostaje w tyle za sąsiednimi gwiazdami.

[2] Błękitni maruderzy mają względnie duże jasności i masy jak na standardy gwiazd z gromad kulistych, ale nie są jedynymi gwiazdami w gromadach, które są albo jasne, albo masywne.

Czerwone olbrzymy są jaśniejsze, ale mają mniejsze masy i w związku z tym procesy sedymentacji nie wpływają na nie w ten sam sposób. (Łatwo odróżnić je od błękitnych maruderów z powodu bardzo różnego koloru).

Gwiazdy neutronowe, niezwykle gęste jądra gwiazd znacznie większych od Słońca, które wybuchły miliardy lat temu we wczesnej historii gromad kulistych, mają podobne masy do błękitnych maruderów i znajdują się pod wpływem procesów sedymentacji, ale są niezwykle trudne do zaobserwowania i w związku z tym nie stanowią użytecznych obiektów do niniejszych badań.

Błękitni maruderzy to jedyne gwiazdy w gromadach, które są zarówno masywne, jak i jasne.

[3] Spośród 21 zbadanych gromad dwadzieścia zostało zbadanych za pomocą Teleskopu Hubble’a, dwanaście za pomocą 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO, osiem za pomocą teleskopu Kanadyjsko-Francusko-Hawajskiego (CFHT), a jedna za pomocą teleskopu Subaru.

[4] Tempo to zależy w złożony sposób od liczby gwiazd, ich gęstości i prędkości w gromadzie. O ile pierwsze dwie wielkości są względnie łatwe do zmierzenia, to prędkość już nie. Z tych powodów dotychczasowe oszacowania tempa dynamicznego wieku gromad opierały się na argumentach teoretycznych, natomiast nowa metoda pozwala na całkowicie empiryczne pomiary.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule “Dynamical age differences amongst coeval star clusters as revealed by blue stragglers“,F. R. Ferraro et al., który ukaże się 20 grudnia 2012 r. w czasopiśmie Nature.

Skład zespołu badawczego: F. R. Ferraro (Uniwersytet Boloński, Włochy), B. Lanzoni (Uniwersytet Boloński), E. Dalessandro (Uniwersytet Boloński), G. Beccari (ESO, Garching, Niemcy), M. Pasquato (Uniwersytet Boloński), P. Miocchi (Uniwersytet Boloński), R. T. Rood (University of Virginia, Charlottesville, USA), S. Sigurdsson (Pennsylvania State University, USA), A. Sills (McMaster University, Hamilton, Kanada), E. Vesperini (Indiana University, Bloomington, USA), M. Mapelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Włochy), R. Contreras (Uniwersytet Boloński), N. Sanna (Uniwersytet Boloński), A. Mucciarelli (Uniwersytet Boloński).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1125