Jak powstają gromady kuliste

Nowe badanie przedstawia pierwszy trójwymiarowy obraz tego jak powstają i ewoluują gromady kuliste – sferyczne i bardzo zwarte skupiska gwiazd (1-2 miliona gwiazd), oraz poprawia zrozumienie formowania się i dynamiki obiektów wchodzących w jej skład.

.Badanie przeprowadzone przez naukowców z National Institute for Astrophysics (INAF), University of Bologna i Indiana University, jest pierwszym, w którym przeprowadzono analizę kinematyczną 3D wielu populacji gwiazd dla reprezentatywnej próbki 16 gromad kulistych w naszej galaktyce. Zapewnia to zdaniem astronomów przełomowy obserwacyjny opis ich właściwości kinematycznych (sposobu poruszania się gwiazd w gromadach kulistych) i ich długoterminowej ewolucji od momentu ich powstania.

„Zrozumienie procesów fizycznych stojących za tym jak powstają i ewoluują gromady kuliste jest jednym z najbardziej fascynujących pytań astrofizycznych ostatnich 20-25 lat. Wyniki naszego badania dostarczają pierwszych solidnych dowodów na to, że powstały one w wyniku wielokrotnego formowania się gwiazd i nakładają fundamentalne ograniczenia na dynamiczną ścieżkę, którą gromady podążały podczas swojej ewolucji. Wyniki te były możliwe dzięki zastosowaniu podejścia wielodiagnostycznego oraz połączeniu najnowocześniejszych obserwacji i symulacji dynamicznych” – mówi Emanuele Dalessandro z INAF.

.Astronomowie podkreślają, że różnice kinematyczne między wieloma populacjami są kluczem do zrozumienia mechanizmów powstawania i ewolucji tych starożytnych struktur.

Gromady kuliste, których wiek może sięgać 12-13 miliardów lat (a więc sięgać początków kosmosu), są jednymi z pierwszych systemów, które uformowały się we Wszechświecie. Reprezentują one typową populację wszystkich galaktyk. Są to zwarte układy (o masach rzędu kilkuset tysięcy mas Słońca i rozmiarach kilku parseków), które naukowcy mogą obserwować nawet w odległych galaktykach.

„Ich astrofizyczne znaczenie jest ogromne, ponieważ nie tylko pomagają nam testować kosmologiczne modele formowania się Wszechświata ze względu na swój wiek, ale są również naturalnymi laboratoriami do badania formowania się, ewolucji i chemicznego wzbogacania galaktyk. Chociaż gromady kuliste są badane od ponad wieku, najnowsze wyniki obserwacji pokazują, że nasza wiedza jest nadal w dużej mierze niekompletna” – twierdzi Dalessandro.

„Wyniki uzyskane w ciągu ostatnich dwóch dekad nieoczekiwanie wykazały, że gromady kuliste składają się z więcej niż jednej populacji gwiazd: pierwotnej, o właściwościach chemicznych podobnych do innych gwiazd w galaktyce, oraz drugiej z anomalnymi obfitościami chemicznymi lekkich pierwiastków, takich jak hel, tlen, sód i azot. Pomimo dużej liczby obserwacji i modeli teoretycznych mających na celu scharakteryzowanie tych populacji, mechanizmy rządzące ich powstawaniem wciąż nie są dobrze poznane” – podkreśla Mario Cadelano – University of Bologna.

Badanie opiera się na pomiarach prędkości 3D – kombinacji ruchów właściwych i prędkości radialnych, uzyskanych za pomocą teleskopu ESA Gaia oraz danych pochodzących m.in. z teleskopu ESO VLT, głównie w ramach MIKiS (Multi Instrument Kinematic Survey) – badania spektroskopowego mającego na celu analizę wewnętrznej kinematyki gromad kulistych. Wykorzystanie urządzeń w kosmosie i na Ziemi, zapewniło bezprecedensowy trójwymiarowy obraz rozkładu prędkości gwiazd w wybranych gromadach kulistych.

Analiza wykazała, że gwiazdy o różnej zawartości lekkich pierwiastków mają różne właściwości kinematyczne, takie jak prędkości obrotowe i orbity.

„W tej pracy szczegółowo przeanalizowaliśmy ruch tysięcy gwiazd w każdej gromadzie. Szybko stało się jasne, że te należące do różnych populacji mają różne właściwości kinematyczne – gwiazdy o nietypowym składzie chemicznym mają tendencję do szybszej rotacji niż inne w gromadzie i stopniowo rozprzestrzeniają się od regionów centralnych do zewnętrznych” – tłumaczy Alessandro Della Croce z INAF.

.„Intensywność tych różnic kinematycznych zależy od dynamicznego wieku gromad kulistych. Wyniki te są zgodne z długoterminową dynamiczną ewolucją układów gwiezdnych, w których gwiazdy o anomalnych obfitościach chemicznych tworzą się bardziej skoncentrowane centralnie i obracają się szybciej niż te standardowe. To z kolei sugeruje, że gromady kuliste powstały w wyniku wielu epizodów formowania się gwiazd i dostarcza ważnych informacji w definiowaniu procesów fizycznych i skal czasowych leżących u podstaw powstawania i ewolucji masywnych gromad” – podsumowuje Dalessandro.

Oprac. EG