cele nauki
pod koniec tej sekcji będziesz w stanie:
- wyjaśnić, w jaki sposób gromady gwiazd pomagają nam zrozumieć etapy ewolucji gwiazd
- Wymień różne typy gromad gwiazd i opisz, jak różnią się one liczbą gwiazd, strukturą i wiekiem
- wyjaśnić, dlaczego skład chemiczny gromad kulistych różni się od składu gromad otwartych
poprzedni opis ewolucji gwiazd opiera się na obliczeniach. Jednak żadna gwiazda nie kończy swojego życia w ciągu głównym ani nie ewoluuje w czerwonego olbrzyma wystarczająco szybko, abyśmy mogli obserwować te zmiany strukturalne w miarę ich występowania. Na szczęście natura dostarczyła nam pośredniego sposobu testowania naszych obliczeń.
zamiast obserwować ewolucję pojedynczej gwiazdy, możemy spojrzeć na grupę lub gromadę gwiazd. Szukamy grupy gwiazd, które są bardzo blisko siebie w przestrzeni, trzymanych razem przez grawitację, często poruszających się wokół wspólnego centrum. Można więc założyć, że poszczególne gwiazdy w tej grupie uformowały się niemal w tym samym czasie, z tego samego obłoku i o tym samym składzie. Spodziewamy się, że gwiazdy te będą się różnić tylko masą. A ich masy decydują o tym, jak szybko przechodzą przez każdy etap swojego życia.
ponieważ Gwiazdy o większych masach ewoluują szybciej, możemy znaleźć gromady, w których masywne gwiazdy zakończyły już fazę ewolucji sekwencji głównej i stały się czerwonymi olbrzymami, podczas gdy gwiazdy o mniejszej masie w tej samej gromadzie nadal znajdują się w sekwencji głównej, a nawet-jeśli Gromada jest bardzo młoda—przechodzą skurcz grawitacyjny przed sekwencją główną. Możemy zobaczyć wiele etapów ewolucji gwiazd wśród członków pojedynczej gromady i możemy zobaczyć, czy nasze modele mogą wyjaśnić, dlaczego diagramy H-R klastrów w różnym wieku wyglądają tak, jak wyglądają.
trzy podstawowe typy gromad, które astronomowie odkryli, to gromady kuliste, gromady otwarte i Asocjacje gwiazdowe. Ich właściwości podsumowano w tabeli 1. Jak zobaczymy w następnej części tego rozdziału, gromady kuliste zawierają tylko bardzo stare gwiazdy, podczas gdy gromady otwarte i Asocjacje zawierają młode gwiazdy.
| Tabela 1. Charakterystyka gromad gwiazd | |||
|---|---|---|---|
| charakterystyka | gromady kuliste | gromady otwarte | skojarzenia |
| liczba w galaktyce | 150 | tysiące | tysiące |
| położenie w galaktyce | Halo i wybrzuszenie Centralne | dysk (i ramiona spiralne) | ramiona spiralne |
| średnica (w latach świetlnych) | 50-450 | <30 | 100-500 |
| masa msun | 104-106 | 102-103 | 102-103 |
| liczba gwiazd | 104-106 | 50-1000 | 102-104 |
| Kolor najjaśniejszych gwiazd | Czerwony | czerwony lub niebieski | niebieski |
| jasność klastra (lsun) | 104-106 | 102-106 | 104-107 |
| typowy wiek | miliardy lat | kilkaset milionów lat do, w przypadku niezwykle dużych klastrów, ponad miliarda lat | do około 107 lat |
gromady kuliste
gromady kuliste otrzymały tę nazwę, ponieważ są prawie symetrycznymi, okrągłymi układami, zazwyczaj setek tysięcy gwiazd. Najbardziej masywną gromadą kulistą w naszej galaktyce jest Omega Centauri, oddalona o około 16 000 lat świetlnych i zawierająca kilka milionów gwiazd (Rysunek 1). Zauważ, że najjaśniejsze gwiazdy w tej gromadzie, które są czerwonymi olbrzymami, które ukończyły już fazę głównej sekwencji swojej ewolucji, mają kolor czerwono-pomarańczowy. Gwiazdy te mają typową temperaturę powierzchni około 4000 K. Jak zobaczymy, gromady kuliste należą do najstarszych części naszej Drogi Mlecznej.
Rysunek 1. Omega Centauri: (A) położona w odległości około 16 000 lat świetlnych, Omega Centauri jest najbardziej masywną gromadą kulistą w naszej Galaktyce. Zawiera kilka milionów gwiazd. (b) to zdjęcie, wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble ’ a, przybliża się w pobliżu centrum Omega Centauri. Obraz ma szerokość około 6,3 roku świetlnego. Najliczniejsze gwiazdy na obrazie, które mają kolor żółto-biały, są gwiazdami ciągu głównego podobnymi do naszego Słońca. Najjaśniejsze gwiazdy to czerwone olbrzymy, które zaczęły wyczerpywać swoje paliwo wodorowe i rozszerzyły się do około 100 razy średnicy naszego Słońca. Niebieskie gwiazdy rozpoczęły fuzję helu. (kredyt a: modyfikacja pracy NASA, ESA i zespołu Hubble Heritage (STScI/AURA); kredyt B: modyfikacja pracy NASA, ESA i zespołu Hubble SM4 ERO)
jak by to było żyć wewnątrz klastra kulistego? W gęstych regionach centralnych Gwiazdy byłyby mniej więcej milion razy bliżej siebie niż w naszym sąsiedztwie. Gdyby Ziemia okrążała jedną z wewnętrznych gwiazd w gromadzie kulistej, najbliższe Gwiazdy byłyby odległe o miesiące świetlne, a nie lata świetlne. Nadal pojawiałyby się jako punkty świetlne, ale byłyby jaśniejsze niż jakakolwiek z gwiazd, które widzimy na naszym własnym niebie. Droga Mleczna byłaby prawdopodobnie trudna do zauważenia przez jasną mgłę światła gwiazd wytwarzanego przez gromadę.
w naszej Galaktyce znanych jest około 150 gromad kulistych. Większość z nich znajduje się w sferycznym halo (lub obłoku) otaczającym płaski dysk utworzony przez większość gwiazd naszej Galaktyki. Wszystkie gromady kuliste znajdują się bardzo daleko od Słońca, a niektóre znajdują się w odległości 60 000 lat świetlnych lub więcej od głównego dysku Drogi Mlecznej. Średnice kulistych gromad gwiazd wahają się od 50 lat świetlnych do ponad 450 lat świetlnych.
gromady otwarte
gromady otwarte znajdują się w Dysku galaktyki. Mają różne grupy wiekowe, niektóre tak stare, a nawet starsze od naszego Słońca. Najmłodsze gromady otwarte są nadal związane z materią międzygwiezdną, z której powstały. Gromady otwarte są mniejsze od gromad kulistych, zwykle mają średnicę mniejszą niż 30 lat świetlnych i zazwyczaj zawierają tylko kilkadziesiąt do kilkuset gwiazd (ryc. 2). Gwiazdy w gromadach otwartych zwykle wydają się dobrze oddzielone od siebie, nawet w regionach centralnych, co wyjaśnia, dlaczego nazywane są ” otwartymi.”Nasza galaktyka zawiera tysiące gromad otwartych, ale widzimy tylko niewielką ich część. Pył międzygwiezdny, który jest również skoncentrowany w Dysku, przyciemnia światło bardziej odległych gromad tak bardzo, że są one niewykrywalne.
chociaż pojedyncze gwiazdy w gromadzie otwartej mogą przetrwać miliardy lat, zwykle pozostają razem jako Gromada tylko przez kilka milionów lat, a co najwyżej kilkaset milionów lat. Powodów jest kilka. W małych gromadach otwartych średnia prędkość gwiazd członkowskich w gromadzie może być wyższa niż prędkość ucieczki gromady, a gwiazdy będą stopniowo „parować” z gromady. Bliskie spotkania gwiazd członkowskich mogą również zwiększyć prędkość jednego z członków poza prędkość ucieczki. Co kilkaset milionów lat Gromada może mieć bliskie spotkanie z gigantycznym obłokiem molekularnym, a siła grawitacyjna wywierana przez obłok może rozerwać gromadę na strzępy.
kilka otwartych skupisk jest widocznych dla oka nieuzbrojonego. Najbardziej znane z nich to Plejady (patrz rysunek 5 w pyle kosmicznym), które pojawiają się jako mała grupa sześciu gwiazd (niektórzy ludzie widzą nawet więcej niż sześć, a plejady są czasami nazywane siedmioma siostrami). Gromada ta jest ułożona jak mała łyżka do zanurzania i jest widoczna w gwiazdozbiorze Byka. Dobra lornetka pokazuje dziesiątki gwiazd w gromadzie, a teleskop pokazuje setki. (Firma samochodowa, Subaru, bierze swoją nazwę od japońskiego określenia tej gromady; można zobaczyć grupę gwiazd na logo Subaru.)
Hyades to kolejna znana gromada otwarta w Taurusie. Gołym okiem pojawia się jako grupa słabych gwiazd w kształcie litery V na twarzy byka. Teleskopy pokazują, że Hyades faktycznie zawiera ponad 200 gwiazd.
Asocjacje gwiazdowe
Asocjacja to grupa bardzo młodych gwiazd, Zwykle zawierająca od 5 do 50 gorących, jasnych gwiazd O i B rozrzuconych po obszarze przestrzeni o średnicy około 100-500 lat świetlnych. Jako przykład, większość gwiazd w konstelacji Oriona tworzy jedno z najbliższych asocjacji gwiazdowych. Asocjacje zawierają także setki do tysięcy gwiazd o niskiej masie, ale są one znacznie słabsze i mniej rzucające się w oczy. Obecność naprawdę gorących, świetlistych gwiazd wskazuje na to, że powstawanie gwiazd w asocjacji nastąpiło w ciągu ostatnich milionów lat. Ponieważ Gwiazdy O przechodzą przez całe swoje życie w ciągu zaledwie około miliona lat, nie byłyby nadal w pobliżu, chyba że niedawno doszło do formowania się gwiazd. Nic więc dziwnego, że Asocjacje występują w regionach bogatych w gaz i pył potrzebne do utworzenia nowych gwiazd. To zupełnie nowy budynek wciąż otoczony niektórymi materiałami budowlanymi używanymi do jego budowy, a krajobraz nadal wykazuje oznaki budowy. Z drugiej strony, ponieważ skojarzenia, podobnie jak zwykłe gromady otwarte, leżą w regionach zajmowanych przez pyłową materię międzygwiezdną, wiele z nich jest ukrytych przed naszym widokiem.
kluczowe pojęcia i podsumowanie
gromady gwiazd stanowią jeden z najlepszych testów naszych obliczeń tego, co dzieje się w miarę starzenia się gwiazd. Gwiazdy w danej gromadzie powstały mniej więcej w tym samym czasie i mają ten sam skład, różnią się więc głównie masą, a co za tym idzie, etapem życia. Istnieją trzy rodzaje gromad gwiazd: kuliste, otwarte i asocjacyjne. Gromady kuliste mają średnicę 50-450 lat świetlnych, zawierają setki tysięcy gwiazd i są rozmieszczone w halo wokół galaktyki. Gromady otwarte zazwyczaj zawierają setki gwiazd, znajdują się w płaszczyźnie galaktyki i mają średnicę mniejszą niż 30 lat świetlnych. Asocjacje występują w rejonach gazu i pyłu i zawierają bardzo młode gwiazdy.
Słowniczek
Asocjacja: luźna grupa młodych gwiazd, których typy widmowe, ruchy i pozycje na niebie wskazują na wspólne pochodzenie
gromada kulista: jedna z około 150 dużych, kulistych gromad gwiazd (każda z setkami tysięcy gwiazd) tworzących system gromad w centrum naszej Galaktyki
gromada otwarta: stosunkowo luźna Gromada gwiazd, zawierająca od kilkudziesięciu do kilku tysięcy członków, znajdująca się w ramionach spiralnych lub dysku galaktyki. nasza galaktyka; prędkość ucieczki jest prędkością potrzebną do pokonania grawitacji jakiegoś obiektu lub grupy obiektów. Rakiety, które wysyłamy z ziemi, na przykład, muszą podróżować szybciej niż prędkość ucieczki naszej planety, aby móc dostać się do innych światów. ↵