Tamsią giedrą naktį be Mėnulio, toli nuo miesto šviesų, stovint plyname lauke ir pažvelgus į dangų, akys gali apraibti nuo žvaigždžių gausybės. Pažįstamus žvaigždynų kontūrus užpildo galybės blausesnių švieselių, kol atrodo, kad jų ten yra nesuskaičiuojama daugybė. Bet net ir akyliausias žmogus vienu metu galėtų pamatyti tik apie tris tūkstančius žvaigždžių (dar tris tūkstančius slepia Žemė, jos matomos priešingame pusrutulyje), likusios arba pernelyg blausios, arba jų šviesa susilieja į vientisą Paukščių Tako juostą.

O dabar pabandykite įsivaizduoti, kad žvaigždžių danguje matome ne tris, o tris šimtus tūkstančių. Ir visos jos tokios ryškios, kad matosi net miestų pakraščiuose, panašiai kaip dabar matome Grįžulo ratus ar Orioną. Toks vaizdas mūsų nakties dangų nušviestų, jei Saulės sistemą perkeltume į kamuolinį spiečių – tikrą žvaigždžių aglomeraciją, kur šimtai tūkstančių ar net milijonai žvaigždžių telkiasi nedaug didesniame regione, nei skiria Saulę nuo artimiausių žvaigždžių. Šie dešimties milijardų metų amžiaus ir senesni telkiniai, daugiausiai skrajojantys Paukščių Tako pakraščiuose, mums pasakoja ir apie Galaktikos atsiradimą bei raidą, ir apie ekstremalius procesus, susijusius su žvaigždėmis.

Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių remėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti reguliarios paramos, prisijungti prie jų galite ir jūs.

Pagal apibrėžimą, kamuolinis spiečius yra daugmaž sferiškas šimtų tūkstančių ar daugiau žvaigždžių telkinys, priklausantis Paukščių Takui, išsilaikantis dėl savo paties gravitacijos. Galaktikoje jų žinome apie pusantro šimto; gali būti, kad dar kelių neradome, nes juos mums užstoja tanki centrinė Galaktikos dalis. Didžioji dalis kamuolinių spiečių yra labai seni – dauguma jų žvaigždžių susiformavo prieš aštuonis milijardus metų ir daugiau, o seniausi spiečiai amžiumi prilygsta visam Paukščių Takui. Juose nerandame nei dujų, nei dulkių, mat jas jau seniausiai išsklaidė pirmųjų, seniai mirusių spiečių žvaigždžių šviesa ir vėjai.

Dauguma kamuolinių spiečių randami Galaktikos hale – sferiniame regione, kuris gaubia diską ir centrinį telkinį. Halą daugiausiai sudaro tamsioji materija, žvaigždžių ir dujų ten nedaug, tad kamuoliniai spiečiai lengvai išsiskiria. Tokia jų padėtis rodo, kad spiečiai formavosi tuo metu, kai Paukščių Tako diskas dar nebuvo nusistovėjęs; priešingu atveju jų orbitos net ir po milijardų metų būtų gana artimos diskui. Nemaža dalis – pagal kai kuriuos skaičiavimus, net penktadalis – Paukščių Tako kamuolinių spiečių galėjo susiformuoti netgi kitose, palydovinėse galaktikose, o vėliau mūsų Galaktikos gravitacija juos atplėšė ir prisitraukė pas save.

Didelį spiečių sudarančių žvaigždžių amžių išduoda jų masių pasiskirstymas bei cheminė sudėtis. Žvaigždės formuojasi įvairaus dydžio grupėse; dauguma grupių išsisklaido per dešimtis ar šimtus milijonų metų, tačiau spiečiai išgyvena ilgiau. Beveik visose grupėse tik gimusių žvaigždžių masės pasiskirsto pagal specifinę tendenciją: masyvesnių žvaigždžių yra mažiau, nei mažų. Jų skaičiai daugmaž seka laipsninę funkciją: dvigubai masyvesnių žvaigždžių randame apie penkis kartus mažiau, dešimt kartų masyvesnių – apie 220 kartų mažiau, ir taip toliau. Taip pat, kuo žvaigždė masyvesnė, tuo trumpiau ji gyvena, taigi kuo žvaigždžių populiacija senesnė, tuo mažesnės yra masyviausios ten egzistuojančios žvaigždės. Cheminė sudėtis atspindi medžiagą, iš kurios žvaigždės formavosi. Laikui bėgant, mirštančios žvaigždės papildo dujas sunkesniais už helį cheminiais elementais (astronomai juos visus vadina metalais), tad kuo vėliau formuojasi žvaigždė, tuo daugiau tokių elementų ji turi. Saulėje metalų yra apie 2%, jauniausiose Paukščių Tako žvaigždėse – iki keleto kartų daugiau, o kamuoliniuose spiečiuose – bent tris, o dažniausiai apie 30, kartų mažiau.

Nei vienas iš aukščiau aprašytų kriterijų pats vienas neleidžia tiksliai nustatyti spiečiaus amžiaus. Pagrindinis kliuvinys – ne visos spiečiaus žvaigždės susiformavo vienu metu. Ilgą laiką buvo manoma priešingai, o ir spiečių modeliai gerai paaiškino tokį scenarijų: jaunos masyvios telkinio žvaigždės savo spinduliuote, vėjais ir netrukus prasidedančiais supernovų sprogimais turėtų išsklaidyti visas likusias dujas, o naujų dujų prisirinkti, ypač skraidant praktiškai tuščiame hale, atrodo kaip misija neįmanoma. Bet visgi kažkaip tai įvyksta: šio amžiaus pradžioje pastebėta, kad daugelis kamuolinių spiečių turi kelias skirtingo amžiaus žvaigždžių populiacijas. Ar tai reiškia, kad dalis dujų, formavusių pirmas žvaigždes, išsilaikė (gal todėl, kad tik gimęs spiečius buvo daug masyvesnis) ir po tam tikro laiko vėl ėmė formuoti žvaigždes? O gal naujos žvaigždės susidarė iš dujų, kurias išmetė pirmosios populiacijos žvaigždės mirties metu? Gal tai keli susijungę spiečiai? Nei vienas iš šių scenarijų nėra tobulas – kai kurios spiečių žvaigždžių populiacijų savybės vis tiek lieka nepaaiškintos.

Kamuolinis spiečius yra didelis žvaigždžių telkinys. Galaktika irgi yra didelis žvaigždžių telkinys. Kuo šie objektai skiriasi vienas nuo kito? Dydis nėra lemiantis kriterijus: mažiausios nykštukinės galaktikos turi mažiau žvaigždžių, nei didžiausi spiečiai. Tokių galaktikų žvaigždės dažnai irgi yra labai senos. Tačiau galaktikose, kaip taisyklė, žvaigždės juda greičiau, nei tos pačios masės spiečiuose. Tą lemia bendra telkinio gravitacija, o ją kuria ne tik žvaigždės, bet ir tamsioji materija. Pastarosios spiečiai (greičiausiai) neturi, tuo tarpu galaktikose, ypač mažose, jos yra šimtus ir daugiau kartų daugiau, nei žvaigždžių. Ir visgi tai nereiškia, kad kamuoliniai spiečiai ir mažos galaktikos kažkuo fundamentaliai skiriasi. Gali būti, kad ir vieni, ir kiti formavosi tamsiosios materijos haluose, tiesiog spiečiai laikui bėgant tamsiąją materiją prarado. Taip galėjo nutikti dėl sąveikos su Paukščių Taku. Mūsų Galaktikos gravitacija ištampė spiečiaus pakraščius į šalis; plačiau pasklidusi tamsioji materija pabėgo pirmiau, nei tankiai susispietusios žvaigždės. Kai kurios nykštukinės galaktikos pasižymi savybėmis, kurios daro jas labai panašias į kamuolinius spiečius; jų egzistavimas atrodo kaip gana tvirta užuomina apie bendrą formavimosi būdą.

Žvaigždės kamuoliniame spiečiuje juda kelių kilometrų per sekundę greičiais viena kitos atžvilgiu. Tai reiškia, kad per kelis milijonus metų vidutinė žvaigždė gali pereiti iš vieno spiečiaus krašto į kitą. Nuo susidarymo praėjo apie tūkstantį tokių „kirtimo laikų“, taigi žvaigždžių spiečių galime įsivaizduoti kaip nuolat verdančią ir kunkuliuojančią sistemą, arba kaip vabzdžių, na, spiečių. Neretai žvaigždės spiečiuje pralekia taip arti viena kitos, jog tarpusavio gravitacija gali visiškai pakreipti jų trajektorijas, o planetos, jei jų kada ir buvo, atplėšiamos nuo žvaigždžių ir lieka skrajoti pačios sau. Tad gali pasirodyti, jog ten būtų verta ieškoti planetų-vienišių. Visgi tokia išvada – nepagrįsta, nes tos pačios tarpusavio sąveikos planetas, tikėtina, išmes lauk. Kai du kūnai prasilenkia nedideliu atstumu, jų kinetinės energijos supanašėja. Kinetinė energija proporcinga kūno masei ir greičio kvadratui, taigi jei kūnai pradžioje judėjo vienodais greičiais, po prasilenkimo masyvesnis sulėtės, o mažesnysis – pagreitės. Taip per daugybę sąveikų masyviausi spiečiaus nariai nukrenta vis arčiau centro, o mažiausi išstumiami vis toliau į pakraščius. Planetos, būdamos mažesnės už žvaigždes, išstumiamos toliausiai ir sparčiausiai, tad ir pabėga pirmosios. Tuo tarpu centre susitelkia masyvios žvaigždės ir jų liekanos – juodosios skylės bei neutroninės žvaigždės.

Centrinėje spiečiaus dalyje žvaigždžių koncentracija tokia didžiulė, kad jos kartais gali netgi susidurti. Viena galima pasekmė – žvaigždės susijungia į vieną, kuri yra masyvesnė, šviečia ryškiau ir todėl atrodo jaunesnė, nei spiečiaus amžius. Kita – susidūrusios žvaigždės labai greitai pasiekia galutinę raidos stadiją ir sprogsta supernova ar tiesiog kolapsuoja į baltąją nykštukę. Dar vienas variantas – vienas iš susiduriančių objektų jau yra žvaigždės liekana, pavyzdžiui juodoji skylė. Tokiu atveju žvaigždė praryjama, įvyksta žybsnis irba paskleidžiamos gravitacinės bangos. Per ilgą laiką juodosios skylės, valgydamos gausų žvaigždžių derlių ir jungdamosi tarpusavyje, gali užaugti iki šimtų ar net tūkstančių Saulės masių. Tokie objektai vadinami tarpinės masės juodosiomis skylėmis, nes užima tarpą tarp žvaigždinių (iki maždaug 100 Saulės masių) ir supermasyvių (nuo kelių šimtų tūkstančių Saulės masių). Pastaraisiais dešimtmečiais buvo paskelbta keletas atradimų, kurie lyg ir rodė egzistuojant tarpinės masės juodąsias skyles – tiek spiečiuose, tiek kitur, – bet didžioji jų dalis nėra vienareikšmiai. Tačiau prieš porą metų masyviausio Paukščių Tako spiečiaus, Kentauro Omegos, stebėjimai atskleidė, jog jo centre beveik neabejotinai egzistuoja bent 8200 Saulės masių juodoji skylė. Panašiu metu pasiektas ir teorinis proveržis – įrodyta, kad tarpinės masės juodosios skylės kamuoliniuose spiečiuose gali susiformuoti pakankamai greitai ir jų ten tikrai turėtume rasti.

Tankus spiečiaus centras, surištas gravitaciškai, gali išgyventi daugybę milijardų metų. Tačiau į pakraščius išmestas žvaigždes ir planetas po truputį nusineša Galaktikos gravitacija. Kai kurios spiečių palikusios žvaigždės yra toliau nuo Galaktikos centro, todėl juda lėčiau už savo gimtąjį telkinį ir atsilieka; kitos yra arčiau, juda greičiau, todėl nuskuba į priekį. Taip aplink spiečių susidaro dvi žvaigždžių gijos, arba potvyninės uodegos. Nors ir negausios bei tarpusavyje gravitaciškai nesurištos, uodegos gali išsilaikyti milijardus metų. Net tada, kai pasklinda tiek, jog dangaus erdvėlapyje tampa nebematomos, uodegos gali būti aptinkamos kaip žvaigždžių orbitinių savybių sankaupos. Tokia analizė – tiek nagrinėjant spiečių likučius, tiek nykštukinių galaktikų palikimą – suteikia daugybę žinių apie Paukščių Tako istoriją. Ne veltui ji vadinama Galaktikos archeologija, bet tai – tema kitam tekstui.

Laiqualasse