Шаровое скопление
-
Определение и структура шаровых скоплений
- Шаровые скопления — это сфероидальные конгломераты звезд, связанные гравитацией.
- Они могут содержать от десятков тысяч до миллионов звезд.
- Вращаются вокруг стабильного компактного образования.
-
История наблюдений
- Первое известное шаровое скопление, M 22, открыто в 1665 году.
- В 17 веке шаровые скопления считались кометами.
- В 18 веке астрономы поняли, что это группы звезд.
- В начале 20 века распределение скоплений показало, что Солнце далеко от центра Млечного Пути.
-
Классификация и происхождение
- Шаровые скопления классифицируются по степени концентрации звезд.
- Процесс образования шаровых скоплений изучен недостаточно.
- Современные наблюдения показывают, что они содержат множественные популяции.
-
Роль в эволюции галактик
- Шаровые скопления встречаются почти во всех галактиках.
- В спиральных галактиках они находятся в гало.
- Они старше, плотнее и содержат меньше тяжелых элементов.
-
Композиция и свойства
- Шаровые скопления состоят из сотен тысяч старых звезд с низким содержанием металлов.
- Звезды в шаровых скоплениях похожи на звезды в выпуклости спиральной галактики.
- Они свободны от газа и пыли.
-
Плотность и расстояние в шаровых скоплениях
- Шаровые скопления содержат высокую плотность звезд, до 100-1000 звезд/pc3 в ядре.
- Расстояние между звездами в центре скопления составляет около трети светового года.
-
Неблагоприятные условия для планет
- Орбиты планет в ядрах плотных скоплений динамически нестабильны.
- Планета, вращающаяся вокруг звезды в ядре, просуществовала бы около ста миллионов лет.
-
Сверхмассивные шаровые скопления
- Некоторые шаровые скопления, такие как Омега Центавра и Майалл II, массивны и содержат множество звездных популяций.
- Они образовались из ядер карликовых галактик, поглощенных более крупными галактиками.
-
Содержание тяжелых элементов
- Шаровые скопления состоят из звезд второй популяции с высокой долей водорода и гелия.
- Металлы перерабатываются в межзвездную среду и попадают в новое поколение звезд.
- Доля металлов может указывать на возраст звезды.
-
Группы Остерхоффа
- Питер Остерхофф наблюдал две группы шаровых скоплений: Oo I и Oo II.
- Oo I богаты металлами, Oo II бедны металлами.
- Эти группы наблюдались во многих галактиках и имеют одинаковый возраст.
-
Экзотические компоненты
- Тесные взаимодействия и столкновения звезд приводят к появлению экзотических классов звезд.
- Голубые отставшие звезды образуются из-за взаимодействий между звездами.
-
Черные дыры в шаровых скоплениях
- Астрономы ищут черные дыры в шаровых скоплениях с 1970-х годов.
- В 2023 году анализ данных HST и Gaia выявил избыточную массу в центре Мессье 4, что может указывать на существование черной дыры.
-
Диаграммы Герцшпрунга-Рассела
- Диаграммы H-R позволяют определять свойства звездных популяций шаровых скоплений.
- Звезды на диаграмме H-R располагаются вдоль главной последовательности, отражающей их начальные массы.
- Форма кривой на диаграмме H-R указывает на возраст скопления.
-
Возраст и состав шаровых скоплений
- Возраст шаровых скоплений можно определить по температуре белых карликов.
- Шаровые скопления могут быть старше, чем рассеянные скопления.
- Возраст шаровых скоплений устанавливает нижнюю границу возраста Вселенной.
-
Морфология и светимость шаровых скоплений
- Шаровые скопления имеют сферическую форму, но могут быть эллиптическими.
- Радиусы шаровых скоплений включают радиус ядра, радиус полусвета и приливный радиус.
- Поверхностная яркость шаровых скоплений сначала увеличивается, затем выравнивается.
-
Коллапс ядра и массовая сегрегация
- Около 20% шаровых скоплений претерпели коллапс ядра.
- Коллапс ядра происходит из-за столкновения массивных звезд.
- Массивные звезды концентрируются в ядре, что приводит к сегрегации масс.
-
Наблюдения и моделирование
- HST предоставил доказательства сортировки звездной массы в шаровых скоплениях.
- Общая светимость шаровых скоплений имеет гауссово распределение.
- GCLF используется для измерения расстояний до других галактик.
-
Моделирование N-образного тела
- Вычисление гравитационных взаимодействий требует решения задачи о N телах.
- Более эффективный метод моделирования использует разбиение на небольшие объемы и диапазоны скоростей.
-
Моделирование шаровых скоплений
- Моделирование становится сложнее при учете двойных систем и внешних гравитационных сил.
- В 2010 году удалось рассчитать эволюцию времени жизни шарового скопления.
- Звезды могут двигаться по необычным траекториям, образуя петли и падая к ядру.
- Некоторые звезды покидают скопление из-за гравитационных взаимодействий.
-
Двойные звезды и шаровые скопления
- Двойные звезды составляют значительную часть звездных систем.
- Двойные системы могут препятствовать коллапсу ядра в шаровых скоплениях.
- Звезды в скоплении могут ускоряться при столкновении с двойной системой.
-
Промежуточные формы скоплений
- Кластерная классификация не всегда окончательна.
- В 2005 году обнаружены новые «расширенные» звездные скопления в гало галактики Андромеды.
- Эти скопления имеют характеристики между шаровыми скоплениями и карликовыми сфероидальными галактиками.
-
Приливные столкновения
- Шаровые скопления подвергаются приливным взаимодействиям при приближении к большим массам.
- Приливные толчки могут выталкивать звезды из гало скопления.
- Приливные взаимодействия увеличивают скорость испарения и уменьшают размер скопления.
-
Планеты в шаровых скоплениях
- Астрономы ведут поиск экзопланет в шаровых скоплениях.
- В шаровом скоплении Мессье 4 обнаружена планета-гигант вокруг пульсара.
- Вероятность близкого столкновения звезд может привести к разрушению планетных систем.