obiective de învățare
până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:
- explica modul în care roiurile stelare ne ajută să înțelegem etapele evoluției stelare
- enumera diferitele tipuri de roiuri stelare și descrie modul în care acestea diferă ca număr de stele, structură și vârstă
- explica de ce compoziția chimică a roiurilor globulare este diferită de cea a roiurilor deschise
descrierea precedentă a evoluției stelare se bazează pe calcule. Cu toate acestea, nicio stea nu își finalizează durata de viață a secvenței principale sau evoluția sa într-o gigantică roșie suficient de repede pentru a observa aceste schimbări structurale pe măsură ce se întâmplă. Din fericire, natura ne-a oferit o modalitate indirectă de a ne testa calculele.
în loc să observăm evoluția unei singure stele, putem privi un grup sau un grup de stele. Căutăm un grup de stele care sunt foarte apropiate în spațiu, ținute împreună de gravitație, care se mișcă adesea în jurul unui centru comun. Atunci este rezonabil să presupunem că stelele individuale din grup s-au format aproape în același timp, din același nor și cu aceeași compoziție. Ne așteptăm ca aceste stele să difere doar în masă. Și masele lor determină cât de repede trec prin fiecare etapă a vieții lor.
deoarece stelele cu mase mai mari evoluează mai repede, putem găsi clustere în care stelele masive și-au finalizat deja faza de evoluție a secvenței principale și au devenit giganți roșii, în timp ce stelele cu masă mai mică din același cluster sunt încă pe secvența principală sau chiar—dacă clusterul este foarte tânăr—suferă contracție gravitațională pre-secvența principală. Putem vedea multe etape ale evoluției stelare printre membrii unui singur cluster și putem vedea dacă modelele noastre pot explica de ce diagramele H–R ale clusterelor de vârste diferite arată așa cum arată.
cele trei tipuri de bază de clustere pe care astronomii le-au descoperit sunt clustere globulare, clustere deschise și asociații stelare. Proprietățile lor sunt rezumate în tabelul 1. După cum vom vedea în următoarea secțiune a acestui capitol, roiurile globulare conțin doar Stele foarte vechi, în timp ce roiurile și asociațiile deschise conțin stele tinere.
| Tabelul 1. Caracteristicile clusterelor de stele | |||
|---|---|---|---|
| caracteristică | clustere globulare | grupuri deschise | asociații |
| număr în galaxie | 150 | mii | mii |
| locație în galaxie | Halo și umflatura Centrală | disc (și brațe spiralate) | brațe spiralate |
| diametru (în ani-lumină) | 50-450 | <30 | 100-500 |
| masă msun | 104-106 | 102-103 | 102-103 |
| Numărul de stele | 104-106 | 50-1000 | 102-104 |
| culoarea celor mai strălucitoare stele | roșu | roșu sau albastru | albastru |
| luminozitatea clusterului (lsun) | 104-106 | 102-106 | 104-107 |
| vârstele tipice | miliarde de ani | câteva sute de milioane de ani, în cazul clusterelor neobișnuit de mari, mai mult de un miliard de ani | până la aproximativ 107 ani |
clustere globulare
clusterele globulare au primit acest nume deoarece sunt sisteme rotunde aproape simetrice de, de obicei, sute de mii de stele. Cel mai masiv cluster globular din galaxia noastră este Omega Centauri, care se află la aproximativ 16.000 de ani lumină distanță și conține câteva milioane de stele (Figura 1). Rețineți că cele mai strălucitoare stele din acest cluster, care sunt giganți roșii care au finalizat deja faza secvenței principale a evoluției lor, sunt de culoare roșu-portocalie. Aceste stele au temperaturi tipice de suprafață în jur de 4000 K. După cum vom vedea, clusterele globulare sunt printre cele mai vechi părți ale galaxiei noastre Calea Lactee.
Figura 1. Omega Centauri: (A) Situat la aproximativ 16.000 de ani lumină distanță, Omega Centauri este cel mai masiv cluster globular din galaxia noastră. Conține câteva milioane de stele. (b) această imagine, realizată cu telescopul spațial Hubble, se apropie de centrul Omega Centauri. Imaginea are o lățime de aproximativ 6,3 ani-lumină. Cele mai numeroase stele din imagine, care sunt de culoare galben-albă, sunt stele de secvență principală similare cu Soarele nostru. Cele mai strălucitoare stele sunt giganți roșii care au început să-și epuizeze combustibilul cu hidrogen și s-au extins la aproximativ 100 de ori diametrul Soarelui nostru. Stelele albastre au început fuziunea heliului. (credit a: modificarea muncii de către NASA, ESA și echipa Hubble Heritage (STScI/AURA); credit b: modificarea muncii de către NASA, ESA și echipa Hubble SM4 ERO)
cum ar fi să trăiești într-un cluster globular? În regiunile centrale dense, stelele ar fi de aproximativ un milion de ori mai apropiate decât în vecinătatea noastră. Dacă Pământul orbitează una dintre stelele interioare într-un cluster globular, cele mai apropiate stele ar fi la Luni-lumină, nu la ani-lumină, distanță. Ele ar apărea în continuare ca puncte de lumină, dar ar fi mai strălucitoare decât oricare dintre stelele pe care le vedem pe propriul nostru cer. Calea Lactee ar fi probabil dificil de văzut prin ceața strălucitoare a luminii stelelor produsă de cluster.aproximativ 150 de clustere globulare sunt cunoscute în galaxia noastră. Cele mai multe dintre ele se află într-un halou sferic (sau nor) care înconjoară discul plat format de majoritatea stelelor galaxiei noastre. Toate grupurile globulare sunt foarte departe de soare, iar unele se găsesc la distanțe de 60.000 de ani-lumină sau mai mult de discul principal al Căii Lactee. Diametrele grupurilor de stele globulare variază de la 50 de ani-lumină la mai mult de 450 de ani-lumină.
clustere deschise
clustere deschise se găsesc în discul galaxiei. Au o gamă de vârste, unele la fel de vechi sau chiar mai vechi decât Soarele nostru. Cele mai tinere clustere deschise sunt încă asociate cu materia interstelară din care s-au format. Grupurile deschise sunt mai mici decât grupurile globulare, având de obicei diametre mai mici de 30 de ani-lumină și conțin de obicei doar câteva zeci până la câteva sute de stele (Figura 2). Stelele din clustere deschise apar de obicei bine separate unele de altele, chiar și în regiunile centrale, ceea ce explică de ce sunt numite „deschise.”Galaxia noastră conține mii de clustere deschise, dar putem vedea doar o mică parte din ele. Praful interstelar, care este, de asemenea, concentrat în disc, diminuează lumina clusterelor mai îndepărtate atât de mult încât acestea sunt nedetectabile.deși stelele individuale dintr-un cluster deschis pot supraviețui miliarde de ani, ele rămân de obicei împreună ca un cluster doar câteva milioane de ani, sau cel mult câteva sute de milioane de ani. Există mai multe motive pentru aceasta. În grupurile mici deschise, viteza medie a stelelor membre din cadrul clusterului poate fi mai mare decât viteza de evacuare a clusterului, iar stelele se vor „evapora” treptat din cluster. Întâlnirile apropiate ale stelelor membre pot crește, de asemenea, viteza unuia dintre membri dincolo de viteza de evacuare. La fiecare câteva sute de milioane de ani, clusterul poate avea o întâlnire strânsă cu un nor molecular uriaș, iar forța gravitațională exercitată de nor poate rupe clusterul.
Mai multe clustere deschise sunt vizibile cu ochiul liber. Cel mai faimos dintre ele este Pleiadele (vezi Figura 5 în praful Cosmic), care apare ca un grup mic de șase stele (unii oameni pot vedea chiar mai mult de șase, iar Pleiadele sunt uneori numite cele șapte surori). Acest grup este aranjat ca o lingură mică de scufundare și este văzut în constelația Taurului, Taurul. O pereche bună de binocluri arată zeci de stele în cluster, iar un telescop dezvăluie sute. (O companie Auto, Subaru, își ia numele de la termenul japonez pentru acest grup; puteți vedea grupul de stele pe sigla Subaru.)
Hyades este un alt cluster deschis celebru în Taur. Cu ochiul liber, apare ca un grup în formă de V de stele slabe care marchează fața taurului. Telescoapele arată că Hyades conține de fapt mai mult de 200 de stele.
asociații stelare
o asociație este un grup de stele extrem de tinere, care conțin de obicei 5 până la 50 de stele O și B fierbinți, strălucitoare, împrăștiate pe o regiune a spațiului de aproximativ 100-500 de ani lumină în diametru. De exemplu, majoritatea stelelor din constelația Orion formează una dintre cele mai apropiate asociații stelare. Asociațiile conțin, de asemenea, sute până la mii de stele cu masă mică, dar acestea sunt mult mai slabe și mai puțin vizibile. Prezența stelelor cu adevărat fierbinți și luminoase indică faptul că formarea stelelor în Asociație a avut loc în ultimii milioane de ani. Deoarece stelele o trec prin întreaga lor viață în doar aproximativ un milion de ani, ele nu ar mai fi în jur decât dacă formarea stelelor a avut loc recent. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că asociațiile se găsesc în regiuni bogate în gaz și praf necesare pentru a forma noi stele. Este ca o clădire nouă, încă înconjurată de unele dintre materialele de construcție folosite pentru a o construi și cu peisajul care prezintă încă semne de construcție. Pe de altă parte, deoarece asociațiile, cum ar fi grupurile deschise obișnuite, se află în regiuni ocupate de materie interstelară prăfuită, multe sunt ascunse vederii noastre.
conceptele cheie și rezumatul
clusterele de stele oferă unul dintre cele mai bune teste ale calculelor noastre despre ceea ce se întâmplă pe măsură ce stelele îmbătrânesc. Stelele dintr-un grup dat s-au format aproximativ în același timp și au aceeași compoziție, deci diferă în principal în masă și, astfel, în stadiul lor de viață. Există trei tipuri de grupuri de stele: globulare, deschise și asociații. Clusterele globulare au diametre de 50-450 de ani-lumină, conțin sute de mii de stele și sunt distribuite într-un halou în jurul galaxiei. Clusterele deschise conțin de obicei sute de stele, sunt situate în planul galaxiei și au diametre mai mici de 30 de ani-lumină. Asociațiile se găsesc în regiuni de gaz și praf și conțin stele extrem de tinere.
Glosar
asociere: un grup liber de stele tinere ale căror tipuri spectrale, mișcări și poziții pe cer indică o origine comună
cluster globular: unul din aproximativ 150 de grupuri mari de stele sferice (fiecare cu sute de mii de stele) care formează un sistem de clustere în centrul galaxiei noastre
cluster deschis: un cluster relativ liber de stele, care conține de la câteva zeci la câteva mii de membri, situat în brațele spirale sau pe disc galaxiei noastre; uneori menționată ca un cluster galactic
- viteza de evacuare este viteza necesară pentru a depăși gravitatea unui obiect sau grup de obiecte. Rachetele pe care le trimitem de pe Pământ, de exemplu, trebuie să călătorească mai repede decât viteza de evacuare a planetei noastre pentru a putea ajunge în alte lumi.