Τα μυστικά των σφαιρωτών σμηνών

[ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ ΛΕΩΝ]

Τα σφαιρωτά σμήνη περιέχουν εκατοντάδες χιλιάδες αστέρια στοιβαγμένα σε χώρο περίπου150 έτη φωτός. Δηλαδή σαν να είχαμε ανάμεσα στην ήλιο και τον εγγύτερο του Κενταύρου χιλιάδες αστέρια! Σε όλα τα σφαιρωτά σμήνη παρατηρούμε 2 πληθυσμούς αστεριών. Τα αστέρια του population 1 (P1) έχουν παρόμοια αναλογία χημικών στοιχείων με τα αστέρια της γαλαξιακής άλως. Είναι σχετικά πλούσια σε Οξυγόνο και Άνθρακα, αλλά φτωχά σε Άζωτο. Τα αστέρια του population 2 (P2) είναι πιο φτωχά σε Οξυγόνο και Άνθρακα, και πιο πλούσια σε Άζωτο.  Επίσης τα αστέρια του πληθυσμού P2 παρουσιάζουν διαφορές στην αναλογία των χημικών στοιχείων Ήλιο, Αλουμίνιο, Μαγνήσιο και Νάτριο σε σχέση με τα αστέρια του πληθυσμού P1. 

Στους 2 πληθυσμούς το σύνολο των 3 χημικών στοιχείων του κύκλου θερμοπυρηνικής σύντηξης CNO (Άνθρακας, Οξυγόνο και Άζωτο) είναι παρόμοιο. Όμως τα αστέρια που παρατηρούμε σήμερα στα σφαιρωτά σμήνη είναι μόνο μικρής μάζας, που μεταστοιχειώνουν το Υδρογόνο σε Ήλιο με την αλυσίδα πρωτονίου- πρωτονίου. Ουσιαστικά απουσιάζει ο κύκλος CNO, αυτός απαιτεί πολύ μεγαλύτερη θερμοκρασία του αστρικού πυρήνα. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει εμπλουτισμός των αστεριών από το αρχικό νεφέλωμα που δημιούργησε ένα σφαιρωτό σμήνος με τους 2 πληθυσμούς του. 

Οι εκρήξεις σουπερνόβα δεν μπορεί να δημιούργησαν τις διαφορές ανάμεσα στους 2 πληθυσμούς. Παρατηρούμε την ίδια αναλογία Σίδηρο/ Υδρογόνο στους 2 πληθυσμούς, που παρουσιάζουν και ελάχιστη διαφορά ηλικίας (μερικά εκατομμύρια έτη). Ούτε η εξέλιξη των μεσαίας μάζας αστεριών στον ασυμπτωτικό κλάδο, που σημαίνει εμπλουτισμό της μεσοαστρικής ύλης σε στοιχεία CNO, δεν λύνει το πρόβλημα των 2 πληθυσμών. Απαιτούνται 30 εκατομμύρια έτη για αυτή την αστρική εξέλιξη, χρόνος πολύ μεγαλύτερος από την διαφορά ηλικίας των 2 πληθυσμών. 

Μία λύση μπορούν να προσφέρουν τα αστέρια πάρα πολύ μεγάλης μάζας (Extreme Massive Stars, EMS), με 500- 1000 ηλιακές μάζες, που είναι αμφίβολο αν υπάρχουν. Σε αυτά (πάντα θεωρητικά) ακολουθούν τον κύκλο CNO θερμοπυρηνικής σύντηξης οι αλυσίδες σύντηξης Ne-Na και Mg-Al. Η μεγάλη απώλεια μάζας σε αυτές τις φάσεις αστικής εξέλιξης μπορεί να εμπλούτισε το αέριο στο νεφέλωμα ενός σφαιρωτού σμήνους σε λίγα εκατομμύρια έτη, ώστε να δημιουργηθεί ο δεύτερος αστρικός πληθυσμός. Το μόνο αστέρι με τεράστια μάζα που γνωρίζουμε είναι το R136a1 στο μεγάλο Μαγγελανικό νέφος. Στις άλλες περιπτώσεις τα υποτιθέμενα αστέρια τεράστιας μάζας αναλύθηκαν τελικά από τα τηλεσκόπιά μας σε πολλαπλά αστρικά συστήματα. Σε τέτοια περιβάλλοντα μικρής μεταλλικότητας ευνοείται η δημιουργία αστεριών με τεράστια μάζα.