Σφαιρωτά σμήνη.

[Δροσος Γεωργιος]

Πολυέλαιος Starry του Hubble Spies

Το θέμα της σημερινής εικόνας του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA/ESA είναι ένας αρχαίος κάτοικος του γαλαξία μας. Αυτή η λαμπερή σκηνή απεικονίζει ένα σφαιρωτό σμήνος : μια συλλογή από δεκάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια αστέρια, όλα στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους υπό την επίδραση της βαρύτητας. Υπάρχουν περισσότερα από 150 σφαιρωτά σμήνη στον γαλαξία μας, αν και μπορεί να υπάρχουν και άλλα που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη, κρυμμένα από τη σκόνη ή από πυκνά πεδία αστεριών.Αυτό το σφαιρωτό σμήνος, NGC 6723, που μερικές φορές ονομάζεται Σμήνος Πολυελαίων, μοιάζει πολύ με το ομώνυμο σμήνος επειδή λάμπει με αμέτρητα φώτα. Ωστόσο, κάθε «λάμπα» σε αυτόν τον πολυέλαιο είναι ένα μεμονωμένο αστέρι 27.000 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Τοξότη (του Τοξότη).Σφαιρωτά σμήνη όπως το NGC 6723 περιέχουν μερικά από τα παλαιότερα αστέρια στον γαλαξία μας. Αυτά τα σμήνη έχουν ηλικίες που συχνά ξεπερνούν τα 10 δισεκατομμύρια χρόνια, και μερικά είναι σχεδόν τόσο παλιά όσο και το ίδιο το σύμπαν. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι τα σφαιρωτά σμήνη είναι μερικές από τις πρώτες δομές που σχηματίστηκαν στον γαλαξία μας, συγχωνευόμενα ενδεχομένως δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τον λεπτό δίσκο των αστεριών στον οποίο περιστρέφεται ο Ήλιος μας. Οι λεπτομέρειες για το πώς σχηματίστηκαν τα σφαιρωτά σμήνη, ωστόσο, δεν είναι ακόμη βέβαιες.Αρχικά, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι όλα τα αστέρια σε ένα σφαιρωτό σμήνος σχηματίζονταν ταυτόχρονα σε μια ενιαία περίοδο σχηματισμού αστεριών. Αυτό θα σήμαινε ότι όλα τα αστέρια σε ένα σφαιρωτό σμήνος θα είχαν την ίδια ηλικία και θα ήταν φτιαγμένα από το ίδιο μείγμα χημικών στοιχείων. Τώρα, χάρη σε παρατηρήσεις από τηλεσκόπια όπως το Hubble, οι ερευνητές γνωρίζουν ότι αυτοί οι φαινομενικά απλοί αστρικοί πληθυσμοί έχουν πιο σύνθετη ιστορία από ό,τι πιστευόταν αρχικά.Το Hubble παρατήρησε για πρώτη φορά τον NGC 6723 στο πλαίσιο μιας φιλόδοξης έρευνας αφιερωμένης στην απομυθοποίηση των ιδιοτήτων των σφαιρωτών σμηνών στον Γαλαξία μας. Σε αυτό το πρόγραμμα παρατήρησης (# 10775 , PI: Sarajedini), οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το Hubble για να μελετήσουν 65 σφαιρωτά σμήνη στον γαλαξία μας στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο φως . Αυτά τα δεδομένα επέτρεψαν στους ερευνητές να μελετήσουν τα πάντα, από τις ηλικίες των σφαιρωτών σμηνών μέχρι τη διαδικασία μέσω της οποίας τα ογκώδη αστέρια βυθίζονται στο κέντρο ενός αστρικού σμήνους και τα αστέρια χαμηλότερης μάζας μετακινούνται προς τα περίχωρα του σμήνους. Αυτή η έρευνα ήταν εξαιρετικά επιστημονικά πολύτιμη και αυτές οι παρατηρήσεις έχουν εμπνεύσει αρκετές εκατοντάδες δημοσιευμένες ερευνητικές εργασίες.Σε ένα μεταγενέστερο πρόγραμμα παρατήρησης (# 13297 , PI: Piotto), οι ερευνητές έστρεψαν ξανά το βλέμμα τους σε πολλά από αυτά τα ίδια σμήνη, συμπεριλαμβανομένου του NGC 6723. Αυτή τη φορά, χρησιμοποίησαν τη μοναδική ευαισθησία του Hubble στο υπεριώδες φως για να ανιχνεύσουν τις ανεπαίσθητες διακυμάνσεις στη χημική σύνθεση μεταξύ των αστεριών των σφαιρωτών σμηνών και να προσδιορίσουν την ηλικιακή διαφορά μεταξύ των αστεριών των σμηνών. Για το NGC 6723, οι ερευνητές βρήκαν στοιχεία για δύο περιόδους σχηματισμού αστεριών σε κοντινή απόσταση, με τη δεύτερη να συμβαίνει εντός 634 εκατομμυρίων ετών από την πρώτη. (Η φράση «σε κοντινή απόσταση» είναι σχετική. Τα 634 εκατομμύρια χρόνια είναι ένα ανοιγόκλεισμα του ματιού για ένα αστρικό σμήνος ηλικίας άνω των 10 δισεκατομμυρίων ετών!)Χάρη σε αυτά τα ευρήματα, οι αστρονόμοι βρίσκονται στο δρόμο για την κατανόηση του πώς και πότε σχηματίστηκαν τα σφαιρωτά σμήνη — και οι παρατηρήσεις του Hubble σε ουράνιες πολυελαίους όπως ο NGC 6723 φωτίζουν το δρόμο.

https://science.nasa.gov/missions/hubble/hubble-spies-starry-chandelier/

Αυτή η εικόνα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA/ESA απεικονίζει το σφαιρωτό σμήνος NGC 6723, που μερικές φορές ονομάζεται και Σμήνος Πολυελαίων.

 

 

Αστρικά σμήνη του Hubble

Αυτά τα κοσμήματα του νυχτερινού ουρανού μας προσφέρουν μια ματιά στον κύκλο ζωής των αστεριών.

Δισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια αστέρια φωτίζουν τους γαλαξίες του σύμπαντός μας. Κάθε λαμπρή μπάλα υδρογόνου και ηλίου γεννιέται μέσα σε ένα νέφος αερίου και σκόνης που ονομάζεται νεφέλωμα. Βαθιά μέσα σε αυτά τα σύννεφα, μπορούν να σχηματιστούν κόμποι, τραβώντας αέριο και σκόνη μέχρι να γίνουν αρκετά ογκώδη ώστε να καταρρεύσουν υπό τη δική τους βαρυτική έλξη. Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης, το κέντρο του κόμπου θερμαίνεται για να σχηματίσει έναν θερμό πυρήνα που ονομάζεται πρωτοαστέρας. Ο πρωτοαστέρας συνεχίζει να συλλέγει σκόνη και αέριο, χρειάζοντας εκατομμύρια χρόνια για να ωριμάσει σε ένα ενήλικο αστέρι όπως ο Ήλιος μας. Σε αυτό το διάστημα, η θερμική ενέργεια από τον πυρήνα παρέχει αρκετή εξωτερική πίεση για να εμποδίσει το αστέρι να καταρρεύσει υπό την εσωτερική βαρυτική πίεση της δικής του μάζας. Στον θερμό πυρήνα, χιλιάδες πεντάκις εκατομμύρια αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης μετατρέπουν άτομα υδρογόνου σε άτομα ηλίου κάθε δευτερόλεπτο, εκπέμποντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας που κάνουν το αστέρι να λάμπει έντονα.Τα αστέρια συχνά σχηματίζονται σε ομάδες ή σμήνη από τα ίδια νεφελώματα. Με την πάροδο του χρόνου, η σκόνη και το αέριο που απομένουν γύρω από ένα αστέρι εκτοξεύονται ή σχηματίζουν άλλα κοσμικά σώματα όπως πλανήτες, αστεροειδείς και κομήτες. Η βαρύτητα στη συνέχεια έλκει τα νεαρά αστέρια μαζί και αρχίζουν να περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο. Τα αστρικά σμήνη μπορούν να περιέχουν από δέκα αστέρια έως και εκατομμύρια αστέρια. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι αστρικών σμηνών και το Hubble έχει απεικονίσει το καθένα από αυτά κατά τη διάρκεια των τριών δεκαετιών λειτουργίας του.

Ανοιχτά Σμήνη

Τα ανοιχτά σμήνη περιέχουν από μερικές δεκάδες έως μερικές χιλιάδες αστέρια, όλα σχηματισμένα από το ίδιο αρχικό νέφος αερίου και σκόνης. Η πυκνότητα των αστεριών είναι αρκετά χαμηλή σε αυτά τα σμήνη ώστε τα μεμονωμένα αστέρια να είναι ορατά με τηλεσκόπιο ή μερικές φορές με γυμνό μάτι, δίνοντάς τους μια «ανοιχτή» εμφάνιση. Τα περισσότερα ανοιχτά σμήνη βρίσκονται στους βραχίονες σπειροειδών γαλαξιών και τα αστέρια τους είναι συνήθως σχετικά νεαρά. Το σχήμα τους είναι περισσότερο ακανόνιστο παρά σφαιρικό, με μεγάλες ποσότητες αερίου μεταξύ των αστέρων. Με την πάροδο του χρόνου, καθώς αυτά τα σμήνη περιστρέφονται γύρω από έναν γαλαξία, οι βαρυτικές διαταραχές από τα διερχόμενα κοσμικά αντικείμενα μπορούν να προκαλέσουν τη διασπορά των αστέρων. Ο Γαλαξίας φιλοξενεί περισσότερα από χίλια από αυτά τα σμήνη και ακόμη και ο Ήλιος μας μπορεί να έχει σχηματιστεί σε ένα ανοιχτό σμήνος.

Σφαιρωτά σμήνη

Τα σφαιρωτά σμήνη είναι πολύ μεγαλύτερα και πυκνότερα από τα ανοιχτά σμήνη, καθώς περιέχουν αρκετές χιλιάδες έως εκατομμύρια αστέρια, όλα σχηματισμένα από ένα κοινό νεφέλωμα. Σε αντίθεση με τα ανοιχτά σμήνη, η πυκνότητα των αστεριών στα κέντρα τους είναι τόσο υψηλή που είναι δύσκολο να διακριθούν μεμονωμένα αστέρια, ακόμη και με ισχυρά τηλεσκόπια. Τα σφαιρωτά σμήνη βρίσκονται στις σκονισμένες παρυφές των γαλαξιών και τα αστέρια τους είναι παλαιότερα από αυτά των ανοιχτών σμηνών. Στην πραγματικότητα, τα σφαιρωτά σμήνη περιέχουν μερικά από τα παλαιότερα γνωστά αστέρια σε έναν γαλαξία. Επειδή τα παλιά αστέρια τείνουν να έχουν μια κοκκινωπή λάμψη, τα σφαιρωτά σμήνη γενικά φαίνονται πιο κόκκινα από τα ανοιχτά σμήνη.Ο μεγάλος αριθμός αστεριών σε μια σχετικά μικρή περιοχή κάνει το σχήμα ενός σφαιρωτού σμήνους να φαίνεται σφαιρικό, καθώς η έντονη βαρυτική έλξη των αστεριών τα τραβάει κοντά. Αυτοί οι βαρυτικοί δεσμοί προσδίδουν στα σφαιρωτά σμήνη μεγαλύτερη σταθερότητα από τα ανοιχτά σμήνη, βοηθώντας τα να διατηρήσουν τη δομή τους αντί να διασπώνται με την πάροδο του χρόνου. Μόνο ο Γαλαξίας μας έχει πάνω από 150 σφαιρωτά σμήνη, και ο πλησιέστερος γειτονικός μας γαλαξίας, η Ανδρομέδα, έχει πάνω από 400.

Ενσωματωμένα συμπλέγματα

Τα ενσωματωμένα σμήνη αποτελούν πρόδρομο των ανοιχτών και σφαιρωτών σμηνών. Ως ο νεότερος τύπος αστρικού σμήνους, περιέχουν νεογέννητα και σχηματιζόμενα αστέρια που περιβάλλονται από κοσμικό αέριο και σκόνη. Όπως και με τα ανοιχτά και σφαιρωτά σμήνη, όλα τα αστέρια σχηματίστηκαν από το ίδιο αρχικό νεφέλωμα. Τα ενσωματωμένα σμήνη είναι πιθανώς η βασική μονάδα σχηματισμού αστεριών, καθώς ένα σημαντικό κλάσμα όλων των αστεριών σχηματίζεται μέσα σε αυτά. Μόλις τελειώσει ο σχηματισμός των αστεριών, τα ενσωματωμένα σμήνη μοιάζουν με ανοιχτά σμήνη, αλλά συχνά διαταράσσονται από διερχόμενα αντικείμενα λόγω των ασθενέστερων βαρυτικών δεσμών τους. Η ενσωματωμένη φάση διαρκεί συνήθως μεταξύ 2-7 εκατομμυρίων ετών. Δεδομένου ότι τα ενσωματωμένα σμήνη καλύπτονται σε μεγάλο βαθμό από σκόνη, σπάνια παρατηρούνται σε ορατά μήκη κύματος φωτός. Ωστόσο, τα υπέρυθρα όργανα του Hubble μπορούν να ανιχνεύσουν τα μεγαλύτερα μήκη κύματος του υπέρυθρου φωτός που δεν διασκορπίζονται τόσο εύκολα από νέφη αερίου και σκόνης. Οι μοναδικές δυνατότητες του Hubble είναι απαραίτητες για να μάθετε περισσότερα για αυτά τα νεαρά σμήνη.

Επίδραση του Hubble

Πολλά από αυτά που γνωρίζουν οι επιστήμονες σήμερα για την αστρική επιστήμη έχουν τις ρίζες τους στις τρεις δεκαετίες παρατηρήσεων του Hubble. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν το τηλεσκόπιο για να μελετήσουν τη σύνθεση των αστρικών σμηνών, τον τρόπο εξέλιξής τους και τον τρόπο με τον οποίο η βαρύτητα τα επηρεάζει. Το Hubble παίζει επίσης καθοριστικό ρόλο στη διάκριση μεμονωμένων αστέρων μέσα σε ένα σμήνος και βοήθησε τους αστρονόμους να κάνουν πρώιμες παρατηρήσεις λευκών νάνων - των πυκνών, θερμών πυρήνων των αστεριών που έχουν εξαντλήσει τα πυρηνικά τους καύσιμα - σε ένα σφαιρωτό σμήνος. Το τηλεσκόπιο επέκτεινε επίσης την κατανόησή μας για τα αστέρια που είναι γνωστά ως μπλε αστέρες, ένας τύπος αστέρα που μπορεί να τραβήξει ύλη από τον γείτονά του, αποκτώντας επιπλέον καύσιμο και καίγοντας φωτεινότερα ως αποτέλεσμα. Το 2021, τα δεδομένα του Hubble παρείχαν στοιχεία που υποστηρίζουν την ύπαρξη μιας συλλογής μικρών μαύρων τρυπών στο κέντρο του σφαιρωτού σμήνους NGC 6397. Αν και αμφισβητούνται, αυτά τα στοιχεία μπορεί να παρέχουν υποστήριξη για τη θεωρία ότι η συγχώνευση μικρών μαύρων τρυπών είναι μια σημαντική πηγή βαρυτικών κυμάτων, τα οποία ανιχνεύονται στη Γη μόνο ως αποτέλεσμα δραματικών γεγονότων σύγκρουσης όπως αυτά που συμβαίνουν στο NGC 6397.Ίσως το πιο σημαντικό κομμάτι της γνώσης για τα αστρικά σμήνη που αποκάλυψε το Hubble είναι ότι τα σμήνη μπορούν να περιέχουν αρκετές γενιές αστεριών, καθιστώντας τα πολύ πιο πολύπλοκα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Δεδομένου ότι τα αστέρια μέσα σε ένα σμήνος πιθανότατα σχηματίζονται από το ίδιο νέφος αερίου και σκόνης, η ανακάλυψη διαφορετικών αστρικών ηλικιών μέσα στο ίδιο σμήνος έχει τη δυνατότητα να αλλάξει ριζικά την κατανόησή μας για τον σχηματισμό των αστεριών. Οι μελλοντικές παρατηρήσεις από το Hubble θα διευρύνουν περαιτέρω τις γνώσεις μας για τα αστρικά σμήνη, βοηθώντας μας να κατανοήσουμε την πολυπλοκότητα, την ομορφιά και το εναπομείναν μυστήριο των αστεριών που φωτίζουν το σύμπαν μας.

https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/universe-uncovered/hubble-star-clusters/#globular-clusters

Χιλιάδες αστέρια φωτίζουν αυτή την εκπληκτική εικόνα του αστρικού σμήνους Liller 1, που απεικονίστηκε με την κάμερα ευρέος πεδίου 3 του Hubble. Αυτό το αστρικό σύστημα, που βρίσκεται 30.000 έτη φωτός από τη Γη, σχημάτισε αστέρια πριν από 11 δισεκατομμύρια χρόνια.

Μερικά από τα πιο ογκώδη, φωτεινά αστέρια του γαλαξία μας καίγονται 8.000 έτη φωτός μακριά στο ανοιχτό σμήνος Trumpler 14

Αυτή η εικόνα του Hubble από μια χαλαρά συνδεδεμένη συλλογή αστεριών αποκαλύπτει ένα τμήμα του ανοιχτού σμήνους Caldwell 71.

Πολλές χιλιάδες αστέρια λάμπουν έντονα στο σφαιρωτό σμήνος Terzan 4, μέρος του αστερισμού Σκορπιού. Τα φωτεινότερα μπλε αστέρια στο κέντρο του σμήνους καίγονται πιο ζεστά και πεθαίνουν πιο γρήγορα. Τα κόκκινα αστέρια στα περίχωρα είναι παλαιότερα αστέρια που καίγονται λιγότερο.

Μερικά νεαρά αστέρια λάμπουν μέσα από πυκνά νέφη αερίου και σκόνης στο ενσωματωμένο σμήνος Τραπεζίου του Νεφελώματος του Ωρίωνα, 1.500 έτη φωτός από τη Γη. Η αριστερή εικόνα λαμβάνεται στο ορατό φως, ενώ η δεξιά εικόνα λαμβάνεται στο υπέρυθρο φως.