Что такое шаровое скопление?
Шаровидные скопления - плотно упакованные, симметричные скопления до миллиона звезд, вращающиеся в основном в звездных ореолах, окружающих большинство спиральных галактик. Шаровидные скопления содержат одни из самых древних звезд в галактике и, как полагают, сформировались в начале ее истории. Может быть, когда-то спиральная галактика, подобная нашей Млечному Пути, была аморфным облаком газа и пыли? Могли ли ее первые звезды собраться в шаровые скопления? Могли ли эти скопления остаться в ореоле вокруг центра галактики, так как остальная часть галактики расплющилась и образовала спиральные рукава? Этот сценарий объяснил бы, почему шаровые скопления вращаются в ореоле галактики и содержат самые старые звезды.
Но дело в том, что никто точно не знает, как сформировались шаровые скопления и какую роль они сыграли в развитии галактик. Нам известно, что шаровые скопления - это самый древний, самый большой и самый массивный тип звездных скоплений и что в них находятся самые старые звезды. Их возраст можно продемонстрировать почти полным отсутствием газа и пыли, которые, предположительно, были включены в звезды.
Шаровидные скопления большие. Они могут достигать 300 световых лет в диаметре. В отличие от открытых звездных скоплений, содержащих несколько сотен молодых, родственных звезд, разбросанных по диску нашей галактики и, предположительно, других галактик, шаровые скопления большие, симметричные и старые, как самые старые и уравновешенные жители земного города.
Наш собственный Млечный Путь насчитывает около 150 шаровых скоплений, и, возможно, еще более ожидаемых открытий, скрытых галактической пылью. Наша соседняя спиральная галактика в направлении созвездия Андромеда - М31 или галактика Андромеда - имеет около 300 шаровых скоплений. Некоторые эллиптические галактики в форме футбольного мяча также имеют шаровые скопления, такие как M87 в направлении созвездия Девы, где находится сверхмассивная черная дыра, которая была изображена телескопом горизонта событий в 2019 году. По оценкам, эта гигантская эллиптическая галактика, M87, имеет около 15 000 шаровидных скоплений, причем более 1000 из них до сих пор наблюдались непосредственно телескопом.
Шаровые скопления вращаются по галактикам на орбитах, которые сильно эксцентричны и сильно наклонены к плоскости галактики. Находясь на орбите "окраины" галактики, им требуется, возможно, несколько сотен миллионов лет, чтобы завершить одну орбиту. В телескопе шаровое скопление выглядит как нечеткий шар, а отдельные звезды на периферии сливаются в сплошной шар света к центру. Однако это происходит просто потому, что звезды настолько близко друг к другу, что их невозможно разделить индивидуально с помощью телескопа. В центре шарового скопления звезды могут достигать плотности от 100 до 1000 звезд на кубический парсек. Это отличается от плотности звезд вблизи нашего Солнца, оцениваемой примерно в 0,14 звезды на кубический парсек. Если бы вы стояли на планете, вращающейся вокруг звезды в шаровом скоплении, ваше ночное небо было бы чрезвычайно переполнено близко расположенными звездами!
Звезды в шаровых скоплениях - самые древние обитатели галактики, состоящие из того, что астрономы называют звездами населения тип II. Чей возраст был измерен, от 11 до 13 миллиардов лет, что делает их почти такими же старыми, как и сама галактика. Неудивительно, что многие из этих древних звезд превратились в огромные раздутые красные гигантские звезды, как это сделает наше Солнце через несколько миллиардов лет. Звезды чрезвычайно бедны металлами, то есть - на особом языке астрономии - они имеют крошечное количество материалов тяжелее гелия по сравнению с окружающей их межзвездной средой (астрономы называют "металлами" все элементы тяжелее гелия). Поскольку более тяжелые элементы изготавливаются внутри звезд - а затем распространяются по межзвездной среде с помощью взрывов сверхновых, — такое количество металлов является именно тем, что обычно ожидается от таких старых звезд. В других мирах звездные населения тип II состоят почти исключительно из водорода и гелия, материалов, которые присутствовали в ранней Вселенной.
Однако есть и загадка: шаровые скопления также имеют "аномалии изобилия" более тяжелых металлов, то есть присутствуют элементы, которые встречаются в других местах, в звездах, образовавшихся совсем недавно. В частности, в некоторых скоплениях также присутствуют избытки натрия, углерода, кислорода и алюминия, а также более тяжелые металлы, такие как стронций, иттрий, баррий и европий. Эти аномалии не были удовлетворительно объяснены, хотя было выдвинуто несколько объяснений, таких как раннее присутствие супермассивных звезд.
Наиболее известным шаровидным скоплением в северном полушарии является M13 в созвездии Геркулеса, иногда называемое Великим Шаровидным скоплением, которое было обнаружено Эдмондом Галлеем в 1714 году. Позднее, в 1764 году, Шарль Мессье добавил его в свой знаменитый каталог. В любительских телескопах это небольшое нечеткое пятнышко света, примерно в 22 000 световых лет от Земли. В центре этого скопления звезды вращаются настолько близко, что время от времени сталкиваются, что их смерть приводит к созданию новых звезд, известных как "синие отставшие". Эта звездная популяция - единственный тип новых звезд в шаровых скоплениях.
Другими шаровидными скоплениями являются М22 в Стрельце - одна из самых ярких на небе - М5 в созвездие Змеи и М12 в Змееносец. Многие из самых больших и ярких шаровидных скоплений ночного неба лучше всего видны весенними ночами и часто фигурируют в так называемых "Мессье-марафонах".
Шаровые скопления являются прекрасным зрелищем даже в самых маленьких телескопах, хотя большой инструмент необходим для разрешения отдельных звезд по направлению к их центрам.
Когда вы смотрите на них, вы видите популяции звезд, рожденных в младенчестве нашей галактики!
Итог: шаровые скопления - это сферические скопления, насчитывающие, возможно, до миллиона звезд, вращающиеся в основном в гало звезд спиральных галактик и содержащие некоторые из самых старых звезд галактики.