Globulære klynger er områder i rummet, hvor stjerner er tæt pakket sammen - 10.000 gange mere tæt end vores lokale stjernekvarter. Nye beviser fra Hubble-rumteleskopet har vist, at kugleformede klynger vil sortere sig ud, hamstre mere massive stjerner i midten og skubbe de mindre massive stjerner ud til kanterne. Hubble har taget billeder af den kugleformede klynge 47 Tucanae i næsten 7 år, hvilket tillader astronomer omhyggeligt at plotte positionerne for stjerner, der bevæger sig i klyngen, og derefter beregne, hvor tæt de var til centrum.
Forestil dig at prøve at forstå, hvordan en fodboldkamp fungerer ud fra kun et par uklar øjebliksbilleder af spillet i spillet. Astronomer har stået over for denne udfordring, når det drejer sig om at forstå dynamikken i bikuberens sværm af stjerner i de kugleformede stjerneklynger, der kredser om vores Melkevejsgalakse. Nu har NASAs Hubble-rumteleskop forsynet astronomer med de bedste observationsbeviser, der hidtil er, at kugleformede klynger sorterer stjerner i henhold til deres masse, styret af et tyngdekraft-billardboldspil mellem stjerner. Tyngre stjerner bremser ned og synker ned til klyngens kerne, mens lysere stjerner samler hastighed og bevæger sig over klyngen til dens periferi. Denne proces, kaldet ”massesegregering”, har længe været mistænkt for kugleformede stjerneklynger, men er aldrig før blevet set direkte i aktion.
En typisk kugleklynge indeholder flere hundrede tusinde stjerner. Selvom stjernetætheden er meget lille i udkanten af sådanne stjernesystemer, kan stjernetætheden nær centrum være mere end 10.000 gange højere end i den lokale nærhed af vores sol. Hvis vi boede i et sådant område af rummet, ville nattehimlen brænde af 10.000 stjerner, der ville være tættere på os end den nærmeste stjerne til Solen, Alpha Centauri, som er 4,3 lysår væk (eller cirka 215.000 gange afstanden mellem Jorden og Solen). Ligesom en metrobil, der er fyldt med pendlere, øger denne stjernemængde kraftigt sandsynligheden for møder mellem stjerner, endda kollisioner og fusioner. Det kumulative resultat af mange sådanne møder er den teoretisk forventede massesegregering. Men på samme tid gør sådanne overfyldte forhold det ekstremt vanskeligt at identificere individuelle stjerner nøjagtigt.
Astronomer måtte vente på den ekstreme skarphed i Hubbles vision for at spore mange tusinder af bevægelser i en enkelt kugleformet klynge. Nu er meget nøjagtige hastigheder målt for 15.000 stjerner i centrum af den nærliggende kugleklynge 47 Tucanae - en af de tætteste kugleklynger i den sydlige halvkugle. Et lille antal af disse stjerner er af en meget sjælden type, der kaldes ”blå stragglers”: usædvanligt varme og lyse stjerner, der længe troede var produktet af kollisioner mellem to normale stjerner.
Hastighederne for de blå straggler-stjerner stemmer overens med forudsigelserne om massesegregering. Især viser en sammenligning mellem blå strejfere (der har dobbelt så høj som massen af gennemsnitsstjernen) og andre stjerner, at de som forventet bevæger sig langsommere end gennemsnitlige stjerner.
Ved hjælp af det brede felt og planetariske kamera 2 og det nyere Advanced Camera for Surveys instrument på Hubble tog Georges Meylan fra Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) i Sauverny, Schweiz og samarbejdspartnere ti sæt flere billeder af den centrale region (inden for en afstand på ca. 6 lysår fra centrum) af 47 Tucanae. Billeder blev taget med regelmæssige intervaller over næsten syv år. Ved nøje at måle positionerne på så mange som 130.000 stjerner i hvert af disse "øjebliksbilleder", kunne ekstremt små positionsændringer måles over tid og forråde stjernenes bevægelser over himlen. Præcise hastigheder blev opnået for næsten 15.000 stjerner i denne klynge. Af disse 15.000 var 23 blå straglere.
Dette er den største prøve af hastigheder, der nogensinde er samlet, ved enhver teknik med ethvert instrument, til en kugleformet klynge i Mælkevejen. Resultaterne blev også brugt til at kontrollere, om der findes et sort hul i klyngens kerne ved at kigge efter dets tyngdepunkt. Men de målte stjernebevægelser udelukker et meget massivt sort hul.
Med disse observationer opnåede Hubble på mindre end et årti det, der ville have taget jordbaserede teleskoper så længe som næsten et århundrede på grund af dårligere observationsforhold fra jorden. Undersøgelsen ville have været umulig uden Hubbles skarpe vision. Fra jorden slører jordens atmosfære afsmurtende virkning billedet af de mange stjerner i den overfyldte klynkern. Selv den normale vinkelbevægelse hos selv de normale stjerner i centrum af 47 Tucanae viste sig at være lidt over en ti milliondel af en grad om året. Dette betyder, at en stjernes vinkelforretning på et år svarer til vinkelstørrelsen på en skilling, som om den var 4500 miles væk.
For at drage fuld fordel af disse udsøgte Hubble-billeder udviklede astronomer helt nye datamanalysemetoder, som til sidst leverede målinger af rigtige bevægelser (hastigheder), der svarede til ændringer i stjernernes position i niveauet ca. 1/100 af en pixel (billede -element) på Hubbles digitale kameraer.
Resultaterne blev offentliggjort i Astrophysical Journal Supplement Series i september.
Det internationale team bestod af følgende forskere: D.E. McLaughlin (University of Leicester), J. Anderson (Rice University), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (University of Texas i Austin), C. Pryor (Rutgers University), D. Minniti (Pontifica Universidad Catolica) og S. Phinney (Caltech).
Originalkilde: Hubble News Release
