oppimistavoitteet
tämän osion loppuun mennessä pystyt:
- selittämään, miten tähtijoukot auttavat meitä ymmärtämään tähtien evoluution vaiheita
- luettelemaan tähtijoukkojen eri tyypit ja kuvailemaan, miten ne eroavat tähtien lukumäärän, rakenteen ja iän suhteen
- selittämään, miksi pallomaisten tähtijoukkojen kemiallinen koostumus eroaa avoimien tähtijoukkojen kemiallisesta koostumuksesta
edeltävä kuvaus tähtien evoluutiosta perustuu laskelmiin. Yksikään tähti ei kuitenkaan täytä pääjaksonsa elinikää tai evoluutiotaan punaiseksi jättiläiseksi tarpeeksi nopeasti, jotta voisimme havaita nämä rakennemuutokset niiden tapahtuessa. Onneksi luonto on tarjonnut meille epäsuoran tavan testata laskelmiamme.
sen sijaan, että tarkkailisimme yksittäisen tähden kehitystä, voimme tarkastella ryhmää tai tähtijoukkoa. Etsimme tähtijoukkoa, joka on avaruudessa hyvin lähellä toisiaan, jota painovoima pitää koossa ja joka usein liikkuu yhteisen keskuksen ympärillä. Silloin on kohtuullista olettaa, että ryhmän yksittäiset tähdet muodostuivat kaikki lähes samaan aikaan, samasta pilvestä ja samalla koostumuksella. Odotamme, että nämä tähdet eroavat toisistaan vain massaltaan. Ja heidän massansa määräävät, kuinka nopeasti he käyvät läpi elämänsä jokaisen vaiheen.
koska suurimassaiset tähdet kehittyvät nopeammin, voimme löytää klustereita, joissa massiiviset tähdet ovat jo suorittaneet pääjaksovaiheensa ja muuttuneet punaisiksi jättiläisiksi, kun taas samassa tähtijoukossa pienempimassaiset tähdet ovat vielä pääjaksossa tai-jos tähtijoukko on hyvin nuori—läpikäymässä esi—pääjaksoista gravitaatiokeskittymää. Voimme nähdä monia tähtien kehityksen vaiheita yhden tähtijoukon jäsenten keskuudessa, ja voimme nähdä, voivatko mallimme selittää, miksi eri–ikäisten klusterien H-R-diagrammit näyttävät samalta kuin ne.
tähtitieteilijöiden löytämät kolme klusterin perustyyppiä ovat pallomaiset klusterit, avoimet klusterit ja tähtien assosiaatiot. Niiden ominaisuudet on tiivistetty taulukossa 1. Kuten tämän luvun seuraavasta osasta näemme, pallomaisissa tähtijoukoissa on vain hyvin vanhoja tähtiä, kun taas avoimissa tähtijoukoissa ja yhteenliittymissä on nuoria tähtiä.
| taulukko 1. Tähtijoukkojen ominaispiirteet | ominaispiirteet | Pallomaiset Tähtijoukot | avoimet Tähtijoukot | assosiaatiot |
|---|---|---|---|
| galaksin lukumäärä | 150 | tuhannet | |
| sijainti galaksissa | sädekehä ja keskimmäinen pullistuma | levy (ja spiraalihaarat) | spiraalihaarat |
| halkaisija (valovuosina) | 50-450 | <30 | 100-500 |
| mass msun | 104-106 | 102-103 | 102-103 |
| tähtien määrä | 50-1000 | 102-104 | |
| kirkkaimpien tähtien väri | Punainen | punainen tai sininen | sininen |
| klusterin luminositeetti (lsun) | 104-106 | 102-106 | 104-107 | tyypilliset iät | miljardeja vuosia | muutamasta sadasta miljoonasta vuodesta, epätavallisen suurten klusterien tapauksessa yli miljardiin vuoteen | jopa noin 107 vuoteen |
Pallomaiset Tähtijoukot
Pallomaiset tähtijoukot saivat tämän nimen, koska ne ovat lähes symmetrisiä, tyypillisesti satojentuhansien tähtien pyöreitä systeemejä. Oman galaksimme massiivisin pallomainen tähtijoukko on Omega Centauri, joka sijaitsee noin 16 000 valovuoden päässä ja sisältää useita miljoonia tähtiä (Kuva 1). Huomaa, että tämän tähtijoukon kirkkaimmat tähdet, jotka ovat punaisia jättiläisiä, jotka ovat jo suorittaneet evoluutionsa pääjaksovaiheen, ovat väriltään punaoransseja. Näillä tähdillä on tyypillinen pintalämpötila noin 4 000 K. Kuten tulemme näkemään, pallomaiset klusterit ovat Linnunrata-galaksimme vanhimpia osia.
kuva 1. Omega Centauri: A) noin 16 000 valovuoden päässä sijaitseva Omega Centauri on galaksimme massiivisin pallomainen tähtijoukko. Se sisältää useita miljoonia tähtiä. b) Tämä Hubble-avaruusteleskoopilla otettu kuva zoomaa lähelle Omega Centaurin keskustaa. Kuva on noin 6,3 valovuoden levyinen. Kuvan runsaslukuisimmat tähdet, jotka ovat väriltään kellanvalkoisia, ovat Aurinkomme kaltaisia pääsarjatähtiä. Kirkkaimmat tähdet ovat punaisia jättiläisiä, jotka ovat alkaneet kuluttaa vetypolttoainettaan loppuun ja laajentuneet noin 100 kertaa Aurinkomme läpimitan suuruisiksi. Siniset tähdet ovat aloittaneet heliumfuusion. (luotto a: modification of work by NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (stsci/AURA); luotto b: modification of work by NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team)
What Would it be like to live inside a globular cluster? Tiheillä keskusta-alueilla tähdet olisivat noin miljoona kertaa lähempänä toisiaan kuin omalla naapurustollamme. Jos maa kiertäisi jotakin sisempää tähteä pallomaisessa tähtijoukossa, lähimmät tähdet olisivat valokuukausien, eivät valovuosien päässä. Ne näkyisivät yhä valopisteinä, mutta olisivat kirkkaampia kuin mikään tähdistä, joita näemme omalla taivaallamme. Linnunrataa olisi todennäköisesti vaikea nähdä tähtijoukon tuottaman kirkkaan usvan läpi.
galaksistamme tunnetaan noin 150 pallomaista tähtijoukkoa. Useimmat niistä ovat pallomaisessa halossa (tai pilvessä), joka ympäröi useimpien galaksimme tähtien muodostamaa tasaista kiekkoa. Kaikki pallomaiset tähtijoukot ovat hyvin kaukana auringosta, ja jotkin niistä sijaitsevat vähintään 60 000 valovuoden etäisyydellä Linnunradan pääkiekosta. Pallomaisten tähtijoukkojen läpimitta vaihtelee 50 valovuodesta yli 450 valovuoteen.
avoimia klustereita
avoimia klustereita löytyy galaksin kiekosta. Niiden ikä vaihtelee, jotkut ovat yhtä vanhoja tai jopa vanhempia kuin Aurinkomme. Nuorimmat avoimet klusterit liittyvät edelleen siihen tähtienväliseen aineeseen, josta ne ovat muodostuneet. Avoimet tähtijoukot ovat pallomaisia tähtijoukkoja pienempiä, joiden läpimitta on yleensä alle 30 valovuotta, ja niissä on tyypillisesti vain useita kymmeniä tai useita satoja tähtiä (kuva 2). Avoimissa tähtijoukoissa olevat tähdet näkyvät yleensä hyvin erillään toisistaan, jopa keskialueilla, mikä selittää, miksi niitä kutsutaan ”avoimiksi.”Galaksissamme on tuhansia avoimia tähtijoukkoja, mutta voimme nähdä niistä vain murto-osan. Tähtienvälinen pöly, joka on myös keskittynyt kiekkoon, himmentää kaukaisempien tähtijoukkojen valoa niin paljon, että ne ovat huomaamattomia.
vaikka avoimen tähtijoukon yksittäiset tähdet voivat säilyä miljardeja vuosia, ne pysyvät tyypillisesti yhdessä tähtijoukkona vain muutaman miljoonan vuoden tai korkeintaan muutaman sadan miljoonan vuoden ajan. Tähän on useita syitä. Pienissä avoimissa klustereissa klusterin sisällä olevien jäsentähtien keskinopeus voi olla suurempi kuin klusterin pakonopeus, ja tähdet ”haihtuvat” vähitellen klusterista. Jäsentähtien lähikohtaamiset voivat myös nostaa yhden jäsenen nopeutta yli pakonopeuden. Noin muutaman sadan miljoonan vuoden välein klusteri saattaa kohdata lähekkäin jättimäisen molekyylipilven, ja pilven aiheuttama painovoima saattaa repiä klusterin kappaleiksi.
paljaalla silmällä näkyy useita avoimia rykelmiä. Kuuluisin niistä on Plejadit (katso kuva 5 kosmisessa pölyssä), joka näkyy pienenä kuuden tähden ryhmänä (jotkut ihmiset voivat nähdä jopa enemmän kuin kuusi, ja Plejadeja kutsutaan joskus seitsemäksi sisareksi). Tämä Rykelmä on järjestetty kuin pieni dippilusikka, ja se näkyy härän tähdistössä. Hyvä kiikari näyttää tähtijoukossa kymmeniä tähtiä, ja kaukoputki paljastaa satoja. (Autoyhtiö Subaru on saanut nimensä tätä klusteria tarkoittavasta japanilaisesta termistä; tähtiryhmä näkyy Subarun logossa.)
Hyades on toinen kuuluisa avoin Rykelmä Tauruksessa. Paljain silmin se näyttää V: n muotoiselta joukolta himmeitä tähtiä, jotka merkitsevät härän kasvoja. Teleskoopit osoittavat, että Hyadesissa on todellisuudessa yli 200 tähteä.
tähtien assosiaatiot
assosiaatio on ryhmä äärimmäisen nuoria tähtiä, jotka tyypillisesti sisältävät 5-50 kuumaa, kirkasta O-ja B-tähteä, jotka ovat hajallaan avaruuden alueella, jonka läpimitta on noin 100-500 valovuotta. Esimerkiksi suurin osa Orionin tähdistön tähdistä muodostaa yhden lähimmistä tähtiyhdistelmistä. Assosiaatioissa on myös satoja tai tuhansia matalamassaisia tähtiä, mutta ne ovat paljon himmeämpiä ja vähemmän huomiota herättäviä. Todella kuumien, valovoimaisten tähtien esiintyminen viittaa siihen, että tähtien muodostuminen assosiaatiossa on tapahtunut viimeisten noin miljoonan vuoden aikana. Koska O-tähdet käyvät läpi koko elämänsä vain noin miljoonan vuoden kuluttua, niitä ei enää olisi olemassa, ellei tähtien muodostumista ole tapahtunut hiljattain. Siksi ei ole yllättävää, että assosiaatioita esiintyy alueilla, joilla on runsaasti uusien tähtien muodostamiseen tarvittavaa kaasua ja pölyä. Se on kuin upouusi rakennus, jota ympäröi osa rakennusmateriaaleista ja jonka maisemassa näkyy yhä merkkejä rakentamisesta. Toisaalta, koska yhteenliittymät, kuten tavalliset avoimet klusterit, sijaitsevat alueilla, joilla on pölyistä tähtienvälistä ainetta, monet niistä ovat näkymättömissä.
avainkäsitteet ja yhteenveto
Tähtijoukot tarjoavat yhden parhaista testeistä laskelmissamme siitä, mitä tapahtuu Tähtien ikääntyessä. Tietyn tähtijoukon tähdet muodostuivat suunnilleen samaan aikaan ja niillä on sama koostumus, joten ne eroavat toisistaan lähinnä massaltaan ja siten elämänvaiheessaan. Tähtijoukkoja on kolmenlaisia: pallomaisia, avoimia ja assosiaatioita. Pallomaisten tähtijoukkojen läpimitta on 50-450 valovuotta, niissä on satojatuhansia tähtiä ja ne jakautuvat sädekehänä ympäri galaksia. Avoimissa tähtijoukoissa on tyypillisesti satoja tähtiä, ne sijaitsevat galaksin tasossa ja niiden läpimitta on alle 30 valovuotta. Assosiaatioita on kaasun ja pölyn alueilla, ja niissä on erittäin nuoria tähtiä.
Sanasto
assosiaatio: löyhä ryhmä nuoria tähtiä, joiden spektrityypit, liikkeet ja paikat taivaalla viittaavat yhteiseen alkuperään
pallomainen tähtijoukko: yksi noin 150 suuresta, pallomaisesta tähtijoukosta (joissa kussakin on satojatuhansia tähtiä), jotka muodostavat tähtijoukon galaksimme keskustassa
avoin tähtijoukko: verrattain löyhä tähtijoukko, jossa on muutamasta kymmenestä muutamaan tuhanteen jäsentä, joka sijaitsee spiraalihaarassa tai kiekossa galaksimme; joskus kutsutaan Galaktiseksi tähtijoukoksi
- pakonopeus on nopeus, jota tarvitaan jonkin kohteen tai kappaleryhmän painovoiman voittamiseen. Esimerkiksi maasta lähetettävien rakettien on kuljettava planeettamme pakonopeutta nopeammin päästäkseen muihin maailmoihin. ↵