Gromady kuliste to regiony kosmiczne, w których gwiazdy są gęsto upakowane razem - 10 000 razy gęstsze niż nasze lokalne sąsiedztwo gwiazd. Nowe dowody z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a wykazały, że gromady kuliste same się uporządkują, gromadząc więcej masywnych gwiazd w środku i wypychając mniej masywne gwiazdy na brzeg. Hubble przechwycił obrazy gromady kulistej 47 Tucanae przez prawie 7 lat, pozwalając astronomom na dokładne wykreślanie pozycji gwiazd poruszających się w gromadzie, a następnie obliczenie, jak blisko byli od centrum.
Wyobraź sobie próbę zrozumienia, jak działa mecz piłkarski na podstawie zaledwie kilku rozmytych migawek gry w grze. Astronomowie zmierzyli się z tym wyzwaniem, jeśli chodzi o zrozumienie dynamiki roju ulowego w gromadach kulistych krążących wokół naszej Galaktyki Mlecznej Drogi. Teraz Kosmiczny Teleskop Hubble'a NASA dostarczył astronomom najlepsze do tej pory dowody obserwacyjne, że gromady kuliste sortują gwiazdy według ich masy, zarządzanej przez grawitacyjną grę bilardową między gwiazdami. Cięższe gwiazdy zwalniają i opadają do rdzenia gromady, podczas gdy lżejsze gwiazdy nabierają prędkości i przemieszczają się przez gromadę na jej obrzeże. Proces ten, zwany „segregacją masy”, od dawna jest podejrzewany o gromady kuliste, ale nigdy wcześniej nie był bezpośrednio obserwowany w akcji.
Typowa gromada kulista zawiera kilkaset tysięcy gwiazd. Chociaż gęstość gwiazd jest bardzo mała na obrzeżach takich układów gwiezdnych, gęstość gwiezdna w pobliżu centrum może być ponad 10.000 razy wyższa niż w lokalnym sąsiedztwie naszego Słońca. Gdybyśmy mieszkali w takim obszarze kosmosu, nocne niebo byłoby rozświetlone 10.000 gwiazdami, które byłyby bliżej nas niż najbliższa gwiazda Słońca, Alpha Centauri, która znajduje się w odległości 4,3 lat świetlnych (czyli około 215 000 razy większej niż odległość między Ziemią a Słońcem). Jak gwiezdne metro pełne osób dojeżdżających do pracy, to gwiezdne zatłoczenie znacznie zwiększa prawdopodobieństwo napotkania gwiazd, a nawet zderzeń i fuzji. Skumulowanym wynikiem wielu takich spotkań jest teoretycznie oczekiwana segregacja masy. Ale jednocześnie takie zatłoczone warunki bardzo utrudniają dokładną identyfikację poszczególnych gwiazd.
Astronomowie musieli czekać na ekstremalną ostrość wizji Hubble'a, aby prześledzić ruchy wielu tysięcy gwiazd w jednej gromadzie kulistej. Teraz zmierzono bardzo dokładne prędkości dla 15 000 gwiazd w samym centrum pobliskiej gromady kulistej 47 Tucanae - jednej z najgęstszych gromad kulistych na półkuli południowej. Niewielka liczba tych gwiazd należy do bardzo rzadkiego typu zwanego „niebieskimi maruderami”: niezwykle gorące i jasne gwiazdy od dawna uważane za produkt zderzeń dwóch normalnych gwiazd.
Prędkości niebieskich gwiazd maruderów zgadzają się z przewidywaniami segregacji masy. W szczególności porównanie niebieskich maruderów (mających podwójną masę średniej gwiazdy) i innych gwiazd pokazuje, że zgodnie z oczekiwaniami poruszają się wolniej niż przeciętne gwiazdy.
Georges Meylan z Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) w Sauverny w Szwajcarii i współpracownicy wykonali dziesięć zestawów wielu zdjęć z regionu centralnego (w odległości około 6 lat świetlnych od centrum) 47 Tucanae. Zdjęcia były robione w regularnych odstępach czasu przez prawie siedem lat. Dzięki dokładnemu pomiarowi pozycji aż 130 000 gwiazd w każdej z tych „migawek” można z czasem zmierzyć niezwykle małe zmiany pozycji, zdradzając ruchy gwiazd na niebie. Dokładne prędkości uzyskano dla prawie 15 000 gwiazd w tej gromadzie. Z tych 15 000 23 to niebiescy maruderzy.
Jest to największa próbka prędkości, jaką kiedykolwiek zebrano, dowolną techniką za pomocą dowolnego instrumentu, dla gromady kulistej w Drodze Mlecznej. Wyniki wykorzystano również do sprawdzenia, czy w rdzeniu gromady istnieje czarna dziura, szukając przyciągania grawitacyjnego. Ale zmierzone ruchy gwiazdowe wykluczają bardzo masywną czarną dziurę.
Dzięki tym obserwacjom Hubble dokonał w niecałą dekadę tego, co zajęłoby naziemne teleskopy nawet prawie sto lat ze względu na gorsze warunki obserwacji z ziemi. Badanie byłoby niemożliwe bez ostrego widzenia Hubble'a. Z powierzchni ziemi efekt rozmazania ziemskiej atmosfery zaciera obraz licznych gwiazd w zatłoczonym jądrze gromady. Typowy ruch kątowy nawet normalnych gwiazd w centrum 47 Tucanae wynosił nieco ponad jedną dziesiątą milionową stopnia rocznie. Oznacza to, że ruch kątowy gwiazdy w ciągu jednego roku jest równoważny rozmiarowi kątowemu dziesięciocentówki widzianej tak, jakby znajdował się w odległości 4500 mil.
Aby w pełni wykorzystać te wspaniałe obrazy Hubble'a, astronomowie opracowali zupełnie nowe metody analizy danych, które ostatecznie zapewniły pomiary właściwych ruchów (prędkości), które odpowiadały zmianom pozycji gwiazd na poziomie około 1/100 piksela (zdjęcie -element) w aparatach cyfrowych Hubble'a.
Wyniki zostały opublikowane we wrześniu Astrophysical Journal Supplement Series.
Międzynarodowy zespół składał się z następujących naukowców: D.E. McLaughlin (University of Leicester), J. Anderson (Rice University), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (University of Texas at Austin), C. Pryor (Rutgers University), D. Minniti (Pontifica Universidad Catolica) i S. Phinney (Caltech).
Oryginalne źródło: Hubble News Release
