Globulära kluster är regioner i rymden där stjärnor är tätt packade ihop - 10 000 gånger tätare än vårt lokala stellarområde. Nya bevis från Hubble-rymdteleskopet har visat att kulakluster kommer att rensa ut sig själva, hamstra mer massiva stjärnor i mitten och pressa de mindre massiva stjärnorna ut till kanterna. Hubble fångade bilder av kulklyngen 47 Tucanae under nästan sju år, vilket tillåter astronomer att försiktigt plotta positionerna för stjärnor som rör sig i klustret och sedan beräkna hur nära de var till centrum.
Föreställ dig att försöka förstå hur ett fotbollsmatch fungerar baserat på bara några fuzzy ögonblicksbilder av spelet i spelet. Astronomer har mött denna utmaning när det gäller att förstå dynamiken i bikupaens svärm av stjärnor i de glödformade stjärnkluster som går i vår Milky Way Galaxy. Nu har NASA: s Hubble Space Telescope tillhandahållit astronomer de bästa observationsbeviset hittills för att kulklyngar sorterar upp stjärnor enligt deras massa, som styrs av ett gravitationell biljardbollspel mellan stjärnor. Tyngre stjärnor saknar ner och sjunker till klusterens kärna, medan lättare stjärnor tar fart och flyttar över klustret till dess periferi. Denna process, kallad ”mass segregering”, har länge varit misstänkt för kugghjulstjärnor, men har aldrig tidigare sett direkt i aktion.
Ett typiskt globulärt kluster innehåller flera hundra tusen stjärnor. Även om stjärntätheten är mycket liten i utkanten av sådana stjärnsystem, kan stjärntätheten nära centrum vara mer än 10 000 gånger högre än i den lokala närheten av vår sol. Om vi bodde i en sådan rymdregion skulle natthimlen brännas in med 10 000 stjärnor som skulle vara närmare oss än den närmaste stjärnan till solen, Alpha Centauri, som ligger 4,3 ljusår bort (eller ungefär 215 000 gånger avståndet mellan jorden och solen). Liksom en tunnelbana trångt med pendlare ökar denna stellar trängsel kraftigt sannolikheten för möten mellan stjärnor, till och med kollisioner och sammanslagningar. Det kumulativa resultatet av många sådana möten är den teoretiskt förväntade masssegregeringen. Men samtidigt gör sådana trånga förhållanden det extremt svårt att exakt identifiera enskilda stjärnor.
Astronomer var tvungna att vänta på den extrema skarpheten i Hubbles vision för att spåra rörelserna från många tusentals stjärnor i ett enda globalt kluster. Nu har mycket noggranna hastigheter uppmättts för 15 000 stjärnor i centrum av det närliggande kulaklustret 47 Tucanae - en av de tätaste kulakulorna på södra halvklotet. Ett litet antal av dessa stjärnor är av en mycket sällsynt typ som kallas ”blå stragglers”: ovanligt varma och ljusa stjärnor som länge trott vara produkten av kollisioner mellan två normala stjärnor.
Hastigheterna hos de blå stragglerstjärnorna överensstämmer med förutsägelserna om massfördelning. I synnerhet visar en jämförelse mellan blå stragglers (som har dubbelt så mycket som den genomsnittliga stjärnan) och andra stjärnor att de, som förväntat, rör sig långsammare än genomsnittliga stjärnor.
Med hjälp av det breda fältet och planetariska kameran 2 och det nyare Advanced Camera for Surveys-instrumentet på Hubble tog Georges Meylan från Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) i Sauverny, Schweiz och kolleger tio uppsättningar med flera bilder av den centrala regionen (inom ett avstånd av cirka 6 ljusår från centrum) av 47 Tucanae. Bilder togs med jämna mellanrum under nästan sju år. Genom att noggrant mäta positionerna för så många som 130 000 stjärnor i var och en av dessa "ögonblicksbilder", kunde extremt små positionsförändringar mätas över tid och förråda stjärnorna rörelser över himlen. Exakta hastigheter erhölls för nästan 15 000 stjärnor i detta kluster. Av dessa 15 000 var 23 blå stragglers.
Detta är det största provet av hastigheter som någonsin har samlats in, med någon teknik med vilket instrument som helst, för ett globalt kluster i Vintergatan. Resultaten användes också för att kontrollera om det finns ett svart hål i klustrets kärna genom att leta efter dess gravitationskraft. Men de uppmätta stjärnrörelserna utesluter ett mycket massivt svart hål.
Med dessa observationer åstadkom Hubble på mindre än ett decennium vad som skulle ha tagit markbaserade teleskop så länge som nästan ett sekel på grund av sämre observationsförhållanden från marken. Studien skulle ha varit omöjlig utan Hubbles skarpa vision. Från marken suddar den smutsiga effekten av jordens atmosfär bilden av de många stjärnorna i den trånga klusterkärnan. Den typiska vinkelrörelsen hos även de normala stjärnorna i centrum av 47 Tucanae befanns vara drygt en tio miljondel av en grad per år. Detta innebär att en stjärns vinkelrörelse på ett år motsvarar vinkelstorleken på en krona som ses som om den var 4500 mil bort.
För att dra full nytta av dessa utsökta Hubble-bilder utvecklade astronomer helt nya dataanalysmetoder, som så småningom tillhandahöll mätningar av korrekta rörelser (hastigheter) som motsvarade förändringar i stjärnornas positioner på nivån cirka 1/100: e pixel (bild) -element) på Hubbles digitala kameror.
Resultaten publicerades i Astrophysical Journal Supplement Series i september.
Det internationella teamet består av följande forskare: D.E. McLaughlin (University of Leicester), J. Anderson (Rice University), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (University of Texas at Austin), C. Pryor (Rutgers University), D. Minniti (Pontifica Universidad Catolica) och S. Phinney (Caltech).
Originalkälla: Hubble News Release
