Globulære klynger er områder i rommet der stjerner er tett pakket sammen - 10.000 ganger tettere enn vårt lokale stjerners nabolag. Nye bevis fra Hubble-romteleskopet har vist at kuleklynger vil sortere seg ut, hamstre mer massive stjerner i sentrum og skyve de mindre massive stjernene ut mot kantene. Hubble tok bilder av kuleklyngen 47 Tucanae i nesten 7 år, slik at astronomer nøye kunne plotte posisjonene til stjerner som beveger seg i klyngen, og deretter beregne hvor nær de var til sentrum.
Se for deg å prøve å forstå hvordan et fotballspill fungerer basert på bare noen få uklare øyeblikksbilder av spillet i spillet. Astronomer har møtt denne utfordringen når det gjelder å forstå dynamikken i bikube-svermen av stjerner i de kuleformede stjerneklyngene som går i bane rundt Melkeveis galaksen. Nå har NASAs Hubble-romteleskop gitt astronomer de beste observasjonsbevisene til dags dato for at kuleklynger sorterer ut stjerner i henhold til deres masse, styrt av et tyngdekors biljardspill mellom stjerner. Tyngre stjerner bremser ned og synker ned til klyngens kjerne, mens lysere stjerner tar fart og beveger seg over klyngen til sin periferi. Denne prosessen, som kalles "massesegregering", har lenge vært mistenkt for kuleformede stjerneklynger, men har aldri før blitt direkte sett i aksjon.
En typisk kuleklynge inneholder flere hundre tusen stjerner. Selv om stjernetettheten er veldig liten i utkanten av slike stjernersystemer, kan stjernetettheten nær sentrum være mer enn 10.000 ganger høyere enn i den lokale nærheten av vår sol. Hvis vi bodde i et slikt område av verdensrommet, ville nattehimmelen brennes med 10.000 stjerner som ville være nærmere oss enn den nærmeste stjernen til Solen, Alpha Centauri, som ligger 4,3 lysår unna (eller omtrent 215 000 ganger avstanden mellom Jorden og solen). Som en t-bane full av pendlere, øker denne stjernemessige trangen sannsynligvis sannsynligheten for møter mellom stjerner, til og med kollisjoner og sammenslåinger. Det kumulative resultatet av mange slike møter er den teoretisk forventede massesegregasjonen. Men på samme tid gjør slike overfylte forhold det ekstremt vanskelig å identifisere individuelle stjerner nøyaktig.
Astronomer måtte vente på den ekstreme skarpheten i Hubbles visjon for å spore bevegelsene til mange tusen stjerner i en enkelt kuleklynge. Nå er svært nøyaktige hastigheter målt for 15 000 stjerner i sentrum av den nærliggende kuleklyngen 47 Tucanae - en av de tetteste kuleklyngene på den sørlige halvkule. Et lite antall av disse stjernene er av en veldig sjelden type kjent som "blå stragglers": uvanlig varme og lyse stjerner som lenge antas å være et produkt av kollisjoner mellom to normale stjerner.
Hastighetene til de blå straggler-stjernene stemmer overens med spådommene om massesegregering. Spesielt viser en sammenligning mellom blå straglere (som har dobbelt så stor vekt som gjennomsnittstjernen) og andre stjerner at de som forventet beveger seg saktere enn gjennomsnittstjernene.
Ved hjelp av Wide Field and Planetetary Camera 2 og det nyere Advanced Camera for Surveys-instrumentet på Hubble tok Georges Meylan fra Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) i Sauverny, Sveits og samarbeidspartnere ti sett med flere bilder av den sentrale regionen (innen en avstand av omtrent 6 lysår fra sentrum) av 47 Tucanae. Bilder ble tatt med jevne mellomrom over nesten syv år. Ved å måle posisjonene til så mange som 130 000 stjerner nøye i hvert av disse “øyeblikksbildene”, kunne ekstremt små posisjonsendringer måles over tid, og forråde stjernenes bevegelser over himmelen. Nøyaktige hastigheter ble oppnådd for nesten 15 000 stjerner i denne klyngen. Av disse 15.000 var 23 blå straglere.
Dette er den største prøven av hastigheter som noen gang er samlet, med hvilken som helst teknikk med ethvert instrument, for en kuleklynge i Melkeveien. Resultatene ble også brukt for å sjekke om det eksisterer et svart hull i klyngens kjerne ved å se etter gravitasjonstrekket. Men de målte stjernebevegelsene utelukker et veldig massivt svart hull.
Med disse observasjonene oppnådde Hubble på mindre enn et tiår det som ville tatt bakkebaserte teleskoper så lenge som nesten et århundre på grunn av dårligere observasjonsforhold fra bakken. Studien ville vært umulig uten Hubbles skarpe visjon. Fra bakken gjør den smørevirkningen av jordens atmosfære uskarpt bildet av de mange stjernene i den overfylte klyngekjernen. Til og med de normale stjernene i midten av 47 Tucanae ble den typiske kantbevegelsen funnet å være litt over en ti milliondel grad per år. Dette betyr at vinkelen til en stjerne på ett år tilsvarer vinkelstørrelsen på en krone, som om den var 4500 mil unna.
For å dra full nytte av disse utsøkte Hubble-bildene, utviklet astronomer helt nye dataanalysemetoder, som til slutt ga målinger av riktige bevegelser (hastigheter) som tilsvarte endringer i stjernenes posisjoner på nivået omtrent 1/100 av en piksel (bilde) -element) på Hubbles digitale kameraer.
Resultatene ble publisert i september Astrophysical Journal Supplement Series.
Det internasjonale teamet var laget av følgende forskere: 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), og S. Phinney (Caltech).
Originalkilde: Hubble News Release
