Astronaujienos. Kamuolinių spiečių paslaptys

Ir dar viena naujiena iš „Universe Today“, ir vėl jos (kol kas) nemačiau lietuviškuose tinklalapiuose. O ji įdomi ir truputį susijusiu su paskutiniu mano didesniu straipsniu. Taigi – kas tie paslaptingi kamuoliniai spiečiai ir kokias paslaptis jie atskleidė?


Spiečius M80, vienas iš maždaug 160 mūsų Galaktikos kamuolinių spiečių. Paveiksliukas vogtas iš Universe Today, o jie jį nugvelbė iš NASA/HST

Kamuoliniais spiečiais (angl. globular cluster) vadinamos šimtų tūkstančių žvaigždžių grupės, skrajojančios daugiausiai galaktikų pakraščiuose ir toli nuo disko plokštumos. Priartėję per arti disko arba galaktikos centro, tokie spiečiai yra sudarkomi ir jų žvaigždės išsisklaido plačiai po galaktiką. Tačiau toli nuo stiprių gravitacinių laukų, spiečius yra gravitaciškai surištas, taigi egzistuoja ir vystosi beveik nepriklausomai nuo aplinkos. Mūsų Galaktikoje yra apie pusantro šimto kamuolinių spiečių, Andromedoje – gal penki šimtai, o didžiulėse eliptinėse galaktikose jų gali būti tūkstančiai. Tačiau gerai ištyrinėtų spiečių net ir Paukščių Take yra vos kelios dešimtys, o kitose galaktikose – dar mažiau. Taigi kiekvienas naujas spiečius gali smarkiai papildyti (arba pakoreguoti) mūsų žinias apie Galaktikos vystymąsi.

Kuo jie tokie svarbūs? Įdomiausia savybė – visos kiekvieno spiečiaus žvaigždės susiformavo maždaug vienu metu (na, milijono metų ribose, bet milijonas metų, kalbant apie kamuolinių spiečių evoliuciją, matuojamą milijardais, yra tik akimirka) ir iš vieno molekulinio debesies. Tai reiškia, kad visų spiečiaus žvaigždžių amžius, galima sakyti, vienodas. Ištyrus pavienių spiečiaus žvaigždžių spalvas ir šviesius, galima nustatyti jų mases ir evoliucijos stadijas. Taip spiečiai leidžia geriau suprasti, kaip vyksta žvaigždžių evoliucija ir kaip elgiasi įvairios masės žvaigždės, palikusios pagrindinę seką (t.y. baigusios deginti vandenilį savo šerdyse).


Įvairių spiečių žvaigždžių padėtys H-R diagramoje. Platoka šviesesnė linija žymi pagrindinę seką. Jaunuose spiečiuose pagrindinėje sekoje yra daug žvaigždžių, bet kuo spiečius senesnis, tuo daugiau žvaigždžių (pirma masyvesnių, paskui ir lengvesnių) palieka šią seką ir pereina į įvairias milžinių sekas. Pagal tašką, nuo kurio į kairę pagrindinės sekos žvaigždžių spiečiuje nebėra, galima nustatyti spiečiaus amžių. ©Bram Bronson

Labai tikslios žinios apie spiečių amžių leidžia susidaryti tam tikrą vaizdą ir apie dar vieną dalyką – sąlygas Galaktikoje tuo metu ir toje vietoje, kada ir kur spiečius užgimė. Žvaigždėdarai svarbių Galaktikos savybių gali būti keletas – vidutinis dujų tankis (nulemiantis debesies, o kartu ir spiečiaus, masę), magnetinio lauko stipris (galbūt nulemiantis žvaigždžių masės pasiskirstymą, t.y. skirtingos masės žvaigždžių kiekius) ir taip toliau. Bet svarbiausia savybė yra metalingumas. Metalingumas – tai santykinis cheminių elementų, sunkesnių už helį (astronomai juos visus vadina „metalais“), kiekis tarpžvaigždinėje medžiagoje, o kartu ir jaunose žvaigždėse, kurios iš tos medžiagos susiformuoja. Visos žvaigždėse vykstančios termobranduolinės reakcijos lengvesnius elementus verčia sunkesniais, taigi žvaigždės metalingumas didėja jai senstant; tiesa, pagrindinės sekos žvaigždės metalingumas išlieka beveik pastovus, nes joje vyksta tik vandenilio virsmas heliu, o sunkesni elementai atsiranda paskutinėse žvaigždės gyvavimo stadijose. Mirdama žvaigždė daug metalų atiduoda atgal į tarpžvaigždinę erdvę – taip nuolat didėja ir galaktikų bei Visatos metalingumas. Didžiojo sprogimo metu atsirado visas Visatos vandenilis ir šiek tiek helio bei trupinėlis sunkesnių elementų, bet beveik neklystant galima teigti, jog visi „metalai“ buvo sukurti žvaigždėse. Metalingumas turi įtakos žvaigždžių šviesiui, masės pasiskirstymui, gyvavimo trukmei ir t.t. Taip pat apie metalų egzistavimą ir jų kiekį galima spręsti iš žvaigždės spektro.

Galima išmatuoti ir pavienių žvaigždžių metalingumus, ne tik spiečių narių. Tačiau pavienės žvaigždės paprastai randamos labai toli nuo gimimo vietų, taigi informacija apie jų sandarą nedaug ką gero pasako. Su spiečiais yra kitaip – dėl didelės masės jie migruoja lėtai, taigi jų savybės daugmaž nurodo jų buvimo vietos savybes tolimoje praeityje.

Šie tyrimai po truputį atskleidžia įdomų vaizdą, kad arčiau Galaktikos centro metalingumas yra didesnis, nei toliau nuo jo. Tai reiškia, jog kuo toliau nuo centro, tuo lėčiau vyksta žvaigždžių evoliucija ir tuo rečiau tarpžvaigždinė medžiaga praturtinama metalais. Toks rezultatas yra svarbus galaktikų evoliucijos teorijoms, kurios privalo paaiškinti, kodėl centriniuose regionuose žvaigždėdara ir kiti procesai yra spartesni, nei pakraščiuose. Duomenys taip pat atitinka tamsiosios materijos teorijų spėjimus apie galaktikų evoliuciją, tačiau prieštarauja kai kurių alternatyvių teorijų rezultatams. Taigi metalingumo skirtumas Galaktikos centre ir pakraščiuose yra svarbus ir reikšmingas kosminio gyvenimo elementas.

Po ilgos įžangos pagaliau prieinu prie naujienos. Neseniai grupė mokslininkų, vadovaujama Aarono Doterio (Aaron Dotter), atliko šešių naujų kamuolinių spiečių mūsų Galaktikoje tyrimą. Spiečiai pasirinkti neatsitiktinai: jų atstumai nuo Galaktikos centro yra tarp 15 ir 50 kiloparsekų (priminsiu, kad nuo Saulės iki Galaktikos centro yra 8 kiloparsekai), o šiame ruože anksčiau buvo tyrinėta gerokai mažiau spiečių, nei kitur. Taigi naujuoju tyrimu dalinai užpildyta „skylė“ Galaktikos metalingumo žemėlapyje. Ir gautas rezultatas, jog tolimesnių ir artimesnių (žiūrint iš Galaktikos centro) spiečių metalingumai skiriasi gerokai smarkiau, nei būtų galima tikėtis, jei skirtumo priežastis būtų tik žvaigždžių formavimosi sparta. Kitaip tariant, centriniuose ~30 kiloparsekų metalingumo skirtumus dar galima paaiškinti netolygiu žvaigždžių formavimusi, bet didesniais atstumais skirtumai jau yra per dideli.

Tačiau problema turi ir sprendimą. Viena iš galaktikų evoliucijos teorijų, susilaukianti kuo toliau, tuo daugiau patvirtinimų, teigia, jog daugelis galaktikų susiformuoja per susiliejimus su kaimynėmis. Mūsų Paukščių Takas greičiausiai didelių susiliejimų nėra patyręs (susiliejimo metu turėtų pranykti galaktikos diskas), tačiau beveik neabejotinai per savo gyvenimą „suvalgė“ ne vieną palydovinę nykštukinę galaktiką. O tose galaktikose tikrai galėjo būti po vieną kitą kamuolinį spiečių (pavyzdžiui viename palydove – Didžiajame Magelano debesyje – spiečių yra net ~60). Šie spiečiai užsiliko Paukščių Tako pakraščiuose, nors jų galaktikos ir subyrėjo į gabaliukus bei įsiliejo į mūsiškę, nepalikdamos ryškių pėdsakų. Na o kuo mažesnė galaktika, tuo lėčiau jose vystosi žvaigždžių populiacija, o kartu su ja – ir metalingumas. Taigi galima gana pagrįstai teigti, jog nykštukinių galaktikų kamuoliniai spiečiai turėtų būti gerokai mažiau metalingi, nei Paukščių Take užgimusieji. Detalesni modeliai duoda rezultatus, labai panašius į stebėjimų duomenis.

Taigi tokia yra viena iš daugelio kamuolinių spiečių paslapčių. Kaip visada – tikiuosi, kad daugmaž suprantamai papasakojau.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *