Τα σφαιρικά σμήνη είναι περιοχές του διαστήματος όπου τα αστέρια είναι γεμάτα πυκνά - 10.000 φορές πιο πυκνά από την τοπική αστρική γειτονιά μας. Νέα στοιχεία από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble έδειξαν ότι τα σφαιρικά σμήνη θα τακτοποιηθούν, συσσωρεύοντας πιο ογκώδη αστέρια στο κέντρο και ωθώντας τα λιγότερο ογκώδη αστέρια προς τα έξω. Ο Χαμπλ κατέγραψε εικόνες του σφαιρικού σμήνους 47 Tucanae για σχεδόν 7 χρόνια, επιτρέποντας στους αστρονόμους να σχεδιάσουν προσεκτικά τις θέσεις των αστεριών που κινούνται στο σύμπλεγμα και, στη συνέχεια, να υπολογίσουν πόσο κοντά ήταν στο κέντρο.
Φανταστείτε να προσπαθείτε να καταλάβετε πώς λειτουργεί ένα ποδοσφαιρικό παιχνίδι βασισμένο σε μερικά ασαφή στιγμιότυπα του παιχνιδιού στο παιχνίδι. Οι αστρονόμοι αντιμετώπισαν αυτήν την πρόκληση όταν πρόκειται να κατανοήσουν τη δυναμική του σμήνους των αστεριών της κυψέλης στα σφαιρικά σμήνη αστεριών που περιστρέφονται γύρω από τον Γαλαξία μας. Τώρα, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA έχει προσφέρει στους αστρονόμους τα καλύτερα στοιχεία παρατήρησης μέχρι σήμερα ότι τα σφαιρικά σμήνη ταξινομούν τα αστέρια ανάλογα με τη μάζα τους, που διέπονται από ένα βαρυτικό παιχνίδι μπιλιάρδου μεταξύ των αστεριών. Τα βαρύτερα αστέρια επιβραδύνουν και βυθίζονται στον πυρήνα του συμπλέγματος, ενώ τα ελαφρύτερα αστέρια παίρνουν ταχύτητα και μετακινούνται πέρα από το σύμπλεγμα στην περιφέρεια του. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται «μαζικός διαχωρισμός», υπήρξε εδώ και πολύ καιρό ύποπτη για σφαιρικές συστάδες αστεριών, αλλά ποτέ δεν έχει φανεί άμεσα σε δράση.
Ένα τυπικό σφαιρικό σύμπλεγμα περιέχει αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες αστέρια. Αν και η πυκνότητα των αστεριών είναι πολύ μικρή στα περίχωρα τέτοιων αστρικών συστημάτων, η αστρική πυκνότητα κοντά στο κέντρο μπορεί να είναι πάνω από 10.000 φορές υψηλότερη από ό, τι στην τοπική περιοχή του Ήλιου μας. Εάν ζούσαμε σε μια τέτοια περιοχή του διαστήματος, ο νυχτερινός ουρανός θα έβαζε φωτιά με 10.000 αστέρια που θα ήταν πιο κοντά μας από το πλησιέστερο αστέρι στον Ήλιο, το Alpha Centauri, το οποίο απέχει 4,3 έτη φωτός (ή περίπου 215.000 φορές την απόσταση) μεταξύ της Γης και του Ήλιου). Όπως ένα μετρό αυτοκίνητο γεμάτο με μετακινούμενους, αυτό το αστρικό πλήθος αυξάνει έντονα την πιθανότητα συναντήσεων μεταξύ αστεριών, ακόμη και συγκρούσεων και συγχωνεύσεων. Το σωρευτικό αποτέλεσμα πολλών τέτοιων συναντήσεων είναι ο θεωρητικά αναμενόμενος μαζικός διαχωρισμός. Όμως ταυτόχρονα τέτοιες συνθήκες με πλήθος καθιστούν εξαιρετικά δύσκολη την ακριβή αναγνώριση μεμονωμένων αστεριών.
Οι αστρονόμοι έπρεπε να περιμένουν την εξαιρετική ευκρίνεια του οράματος του Χαμπλ για να εντοπίσουν τις κινήσεις πολλών χιλιάδων αστεριών σε ένα σφαιρικό σμήνος. Τώρα έχουν μετρηθεί πολύ ακριβείς ταχύτητες για 15.000 αστέρια στο κέντρο του κοντινού σφαιρικού σμήνους 47 Tucanae - ένα από τα πυκνότερα σφαιρικά σμήνη στο Νότιο ημισφαίριο. Ένας μικρός αριθμός από αυτά τα αστέρια είναι ενός πολύ σπάνιου τύπου γνωστού ως «μπλε αστραγάλων»: ασυνήθιστα καυτά και φωτεινά αστέρια που θεωρείται από καιρό το προϊόν συγκρούσεων μεταξύ δύο φυσιολογικών αστεριών.
Οι ταχύτητες των γαλαζοπράσινων αστεριών συμφωνούν με τις προβλέψεις μαζικού διαχωρισμού. Συγκεκριμένα, μια σύγκριση μεταξύ των μπλε αστραγάλων (που έχουν διπλάσια μάζα από το μέσο αστέρι) και άλλων αστεριών δείχνει ότι, όπως αναμενόταν, κινούνται πιο αργά από τα μέσα αστέρια.
Χρησιμοποιώντας το Wide Field και Planetary Camera 2 και το νεότερο όργανο Advanced Camera for Surveys στο Hubble, ο Georges Meylan της Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) στο Sauverny της Ελβετίας και οι συνεργάτες του πήραν δέκα σύνολα πολλαπλών εικόνων της κεντρικής περιοχής (σε απόσταση περίπου 6 έτη φωτός του κέντρου) των 47 Tucanae. Οι εικόνες λήφθηκαν σε τακτά χρονικά διαστήματα για σχεδόν επτά χρόνια. Μετρώντας προσεκτικά τις θέσεις έως και 130.000 αστεριών σε κάθε ένα από αυτά τα «στιγμιότυπα», θα μπορούσαν να μετρηθούν εξαιρετικά μικρές αλλαγές θέσης με την πάροδο του χρόνου, προδίδοντας τις κινήσεις των αστεριών στον ουρανό. Λήφθηκαν ακριβείς ταχύτητες για σχεδόν 15.000 αστέρια σε αυτό το σύμπλεγμα. Από αυτά τα 15.000, τα 23 ήταν γαλαζοπράσινα.
Αυτό είναι το μεγαλύτερο δείγμα ταχυτήτων που συγκεντρώθηκαν ποτέ, με οποιαδήποτε τεχνική με οποιοδήποτε όργανο, για ένα σφαιρικό σμήνος στον Γαλαξία μας. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν επίσης για να ελέγξουν αν υπάρχει μαύρη τρύπα στον πυρήνα του συμπλέγματος, αναζητώντας τη βαρυτική έλξη της. Αλλά οι μετρημένες αστρικές κινήσεις αποκλείουν μια πολύ μαζική μαύρη τρύπα.
Με αυτές τις παρατηρήσεις, ο Χάμπλ πέτυχε σε λιγότερο από μια δεκαετία τι θα χρειαζόταν επίγεια τηλεσκόπια για σχεδόν έναν αιώνα, λόγω των φτωχότερων συνθηκών παρατήρησης από το έδαφος. Η μελέτη θα ήταν αδύνατη χωρίς την έντονη όραση του Χαμπλ. Από το έδαφος, η επίδραση της ατμόσφαιρας της Γης θολώνει την εικόνα των πολυάριθμων αστεριών στον πυρήνα του συμπλέγματος. Η τυπική γωνιακή κίνηση ακόμη και των κανονικών αστεριών στο κέντρο των 47 Tucanae βρέθηκε να είναι λίγο πάνω από το ένα δέκατο εκατοστό ενός βαθμού ετησίως. Αυτό σημαίνει ότι η γωνιακή κίνηση ενός αστεριού σε ένα έτος ισοδυναμεί με το γωνιακό μέγεθος μιας δεκάρας που φαίνεται σαν να ήταν 4.500 μίλια μακριά.
Για να επωφεληθούν πλήρως από αυτές τις εξαιρετικές εικόνες Hubble, οι αστρονόμοι ανέπτυξαν εντελώς νέες μεθόδους ανάλυσης δεδομένων, οι οποίες τελικά παρείχαν μετρήσεις κατάλληλων κινήσεων (ταχύτητες) που αντιστοιχούσαν σε αλλαγές στις θέσεις των αστεριών στο επίπεδο περίπου 1 / 100ο ενός pixel (εικόνα -στοιχείο) στις ψηφιακές κάμερες του Χαμπλ.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στη σειρά συμπληρωμάτων περιοδικών Astrophysical Journal.
Η διεθνής ομάδα αποτελείται από τους ακόλουθους επιστήμονες: D.E. McLaughlin (Πανεπιστήμιο του Λέστερ), J. Anderson (Πανεπιστήμιο Rice), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν), C. Pryor (Πανεπιστήμιο Rutgers), D. Minniti (Pontifica Universidad Catolica) και S. Phinney (Caltech).
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων Hubble
