inlärningsmål
i slutet av detta avsnitt kommer du att kunna:
- förklara hur stjärnkluster hjälper oss att förstå stadierna i stjärnutvecklingen
- lista de olika typerna av stjärnkluster och beskriv hur de skiljer sig åt i antal stjärnor, struktur och ålder
- förklara varför den kemiska sammansättningen av globala kluster skiljer sig från den för öppna kluster
den föregående beskrivningen av stjärnutvecklingen är baserad på beräkningar. Men ingen stjärna fullbordar sin huvudsakliga sekvens livstid eller dess utveckling till en röd jätte tillräckligt snabbt för att vi ska kunna observera dessa strukturella förändringar när de händer. Lyckligtvis har naturen gett oss ett indirekt sätt att testa våra beräkningar.
istället för att observera utvecklingen av en enda stjärna kan vi titta på en grupp eller ett kluster av stjärnor. Vi letar efter en grupp stjärnor som ligger mycket nära varandra i rymden, hålls samman av tyngdkraften, som ofta rör sig runt ett gemensamt centrum. Då är det rimligt att anta att de enskilda stjärnorna i gruppen alla bildades på nästan samma tid, från samma moln och med samma sammansättning. Vi förväntar oss att dessa stjärnor bara skiljer sig åt i massa. Och deras massor bestämmer hur snabbt de går igenom varje steg i sina liv.eftersom stjärnor med högre massor utvecklas snabbare kan vi hitta kluster där massiva stjärnor redan har slutfört sin huvudsekvensfas av evolutionen och blir röda jättar, medan stjärnor med lägre massa i samma kluster fortfarande är i huvudsekvensen, eller till och med-om klustret är mycket ungt—genomgår gravitationskontraktion före huvudsekvensen. Vi kan se många stadier av stjärnutveckling bland medlemmarna i ett enda kluster, och vi kan se om våra modeller kan förklara varför H–R-diagrammen av kluster i olika åldrar ser ut som de gör.
de tre grundläggande typerna av kluster som astronomer har upptäckt är globulära kluster, öppna kluster och stjärnföreningar. Deras egenskaper sammanfattas i Tabell 1. Som vi kommer att se i nästa avsnitt i detta kapitel innehåller globala kluster bara mycket gamla stjärnor, medan öppna kluster och föreningar innehåller unga stjärnor.
| Tabell 1. Egenskaper hos stjärnkluster | karakteristik | globulära kluster | öppna kluster | föreningar |
|---|---|---|---|
| nummer i galaxen | 150 | tusentals | tusentals |
| plats i galaxen | halo och Central utbuktning | disk (och spiralarmar) | spiralarmar | diameter (i ljusår) | 50-450 | <30 | 100-500 |
| massa msun | 104-106 | 102-103 | 102-103 |
| antal stjärnor | 104-106 | 50-1000 | 102-104 |
| färg på de ljusaste stjärnorna | röd | röd eller blå | blå | luminositet av kluster (lsun) | 104-106 | 102-106 | 104-107 |
| miljarder år | några hundra miljoner år till, när det gäller ovanligt stora kluster, mer än en miljard år | upp till cirka 107 år | |
globulära kluster
globulära kluster fick detta namn eftersom de är nästan symmetriska runda system av vanligtvis hundratusentals stjärnor. Det mest massiva globala klustret i vår egen galax är Omega Centauri, som ligger cirka 16 000 ljusår bort och innehåller flera miljoner stjärnor (Figur 1). Observera att de ljusaste stjärnorna i detta kluster, som är röda jättar som redan har slutfört huvudsekvensfasen av deras utveckling, är rödorange i färg. Dessa stjärnor har typiska yttemperaturer runt 4000 K. Som vi kommer att se är globala kluster bland de äldsta delarna av vår Vintergatan galax.
Figur 1. Omega Centauri: (A) Omega Centauri ligger cirka 16 000 ljusår bort och är det mest massiva globala klustret i vår galax. Den innehåller flera miljoner stjärnor. (b) den här Bilden, tagen med Rymdteleskopet Hubble, zoomar in nära centrum av Omega Centauri. Bilden är ca 6,3 ljusår bred. De mest talrika stjärnorna i bilden, som är gulvita i färg, är huvudsekvensstjärnor som liknar vår sol. De ljusaste stjärnorna är röda jättar som har börjat uttömma sitt vätebränsle och har expanderat till cirka 100 gånger solens diameter. De blå stjärnorna har startat heliumfusion. (kredit a: modifiering av arbete av NASA, ESA och Hubble Heritage Team (STScI/AURA); kredit b: modifiering av arbete av NASA, ESA och Hubble SM4 ERO Team)
hur skulle det vara att leva i ett globulärt kluster? I de täta centrala regionerna skulle stjärnorna vara ungefär en miljon gånger närmare varandra än i vårt eget grannskap. Om jorden kretsade om en av de inre stjärnorna i ett klotformigt kluster, skulle de närmaste stjärnorna vara ljusmånader, inte ljusår, bort. De skulle fortfarande framstå som ljuspunkter, men skulle vara ljusare än någon av stjärnorna vi ser på vår egen himmel. Vintergatan skulle förmodligen vara svårt att se genom den ljusa disen av stjärnljus som produceras av klustret.
cirka 150 globala kluster är kända i vår galax. De flesta av dem är i en sfärisk halo (eller moln) som omger den platta skivan som bildas av majoriteten av vår galax stjärnor. Alla klotformiga kluster är väldigt långt ifrån solen, och vissa finns på avstånd på 60 000 ljusår eller mer från Vintergatans huvudskiva. Diametrarna för globulära stjärnkluster sträcker sig från 50 ljusår till mer än 450 ljusår.
öppna kluster
Öppna kluster finns i galaxens skiva. De har en rad åldrar, några lika gamla som, eller till och med äldre än, vår sol. De yngsta öppna klusterna är fortfarande förknippade med den interstellära materien från vilken de bildades. Öppna kluster är mindre än globulära kluster, vanligtvis med diametrar på mindre än 30 ljusår, och de innehåller vanligtvis bara flera dussin till flera hundra stjärnor (Figur 2). Stjärnorna i öppna kluster verkar vanligtvis väl separerade från varandra, även i de centrala regionerna, vilket förklarar varför de kallas ”öppna.”Vår galax innehåller tusentals öppna kluster, men vi kan bara se en liten del av dem. Interstellärt damm, som också är koncentrerat i skivan, dämpar ljuset från mer avlägsna kluster så mycket att de inte kan upptäckas.
även om de enskilda stjärnorna i ett öppet kluster kan överleva i miljarder år, förblir de vanligtvis tillsammans som ett kluster i bara några miljoner år, eller högst några hundra miljoner år. Det finns flera orsaker till detta. I små öppna kluster kan medelhastigheten för medlemsstjärnorna i klustret vara högre än klustrets flykthastighet, och stjärnorna kommer gradvis att ”avdunsta” från klustret. Närkontakt av medlemsstjärnor kan också öka hastigheten hos en av medlemmarna bortom flykthastigheten. Med några hundra miljoner år eller så kan klustret ha ett nära möte med ett jätte molekylärt moln, och gravitationskraften som utövas av molnet kan riva klustret ifrån varandra.
flera öppna kluster är synliga för det blotta ögat. Mest kända bland dem är Pleiaderna (se Figur 5 i kosmiskt damm), som framträder som en liten grupp av sex stjärnor (vissa människor kan se ännu mer än sex, och Pleiaderna kallas ibland de sju systrarna). Detta kluster är ordnat som en liten doppsked och ses i konstellationen Taurus, tjuren. Ett bra par kikare visar dussintals stjärnor i klustret, och ett teleskop avslöjar hundratals. (Ett bilföretag, Subaru, tar sitt namn från den japanska termen för detta kluster; du kan se stjärngruppen på Subaru-logotypen.)
Hyades är ett annat känt öppet kluster i Oxen. För blotta ögat verkar det som en V-formad grupp av svaga stjärnor som markerar tjurens ansikte. Teleskop visar att Hyades faktiskt innehåller mer än 200 stjärnor.
Stjärnföreningar
en förening är en grupp extremt unga stjärnor, som vanligtvis innehåller 5 till 50 heta, ljusa O-och B-stjärnor utspridda över ett område i rymden cirka 100-500 ljusår i diameter. Som ett exempel utgör de flesta stjärnorna i konstellationen Orion en av de närmaste stjärnföreningarna. Föreningar innehåller också hundratusentals stjärnor med låg massa, men dessa är mycket svagare och mindre iögonfallande. Närvaron av riktigt heta, lysande stjärnor indikerar att stjärnbildning i föreningen har inträffat under de senaste miljoner åren eller så. Eftersom o-stjärnor går igenom hela livet på bara cirka en miljon år, skulle de fortfarande inte vara kvar om inte stjärnbildning har inträffat nyligen. Det är därför inte förvånande att föreningar finns i regioner som är rika på gas och damm som krävs för att bilda nya stjärnor. Det är som en helt ny byggnad fortfarande omgiven av några av de byggmaterial som används för att bygga den och med landskapet fortfarande visar tecken på konstruktion. Å andra sidan, eftersom föreningar, som vanliga öppna kluster, ligger i regioner ockuperade av dammig interstellär Materia, är många dolda från vår åsikt.
nyckelbegrepp och sammanfattning
stjärnkluster ger en av de bästa testerna av våra beräkningar av vad som händer när Stjärnor åldras. Stjärnorna i ett givet kluster bildades ungefär samtidigt och har samma sammansättning, så de skiljer sig huvudsakligen i Massa och därmed i deras livsstadium. Det finns tre typer av stjärnkluster: globulära, öppna och föreningar. Globulära kluster har diametrar på 50-450 ljusår, innehåller hundratusentals stjärnor och distribueras i en halo runt galaxen. Öppna kluster innehåller vanligtvis hundratals stjärnor, ligger i galaxens plan och har diametrar mindre än 30 ljusår. Föreningar finns i områden med gas och damm och innehåller extremt unga stjärnor.
ordlista
förening: en lös grupp unga stjärnor vars spektrala typer, rörelser och positioner på himlen indikerar ett gemensamt ursprung
globulärt kluster: en av cirka 150 stora sfäriska stjärnkluster( var och en med hundratusentals stjärnor) som bildar ett system av kluster i mitten av vår galax
öppet kluster: ett relativt löst kluster av stjärnor, innehållande från några dussin till några tusen medlemmar, belägna i spiralarmarna eller skivan av vår galax; ibland kallas ett Galaktiskt kluster
- Escape velocity är den hastighet som behövs för att övervinna allvaret hos ett objekt eller en grupp av objekt. Raketerna vi skickar upp från jorden måste till exempel resa snabbare än vår planetens flykthastighet för att kunna komma till andra världar.