خوشه‌های کروی مرموز می‌توانند اسرار شکل‌گیری کهکشان ها را باز کنند!!

خوشه‌های کروی  فسیل‌های زنده مرموز هستند. این مجموعه‌های متراکم از ستارگان باستانی ممکن است اسرار نهایی شکل‌گیری کهکشان‌ها را در خود داشته باشند.

خوشه کروی NGC 6380 که توسط تلسکوپ فضایی هابل دیده می‌شود. (اعتبار تصویر: ESA/Hubble & NASA, E. Noyola)

در یک شب روشن و تاریک، می‌توانید خوشه کروی امگا قنطورس را با چشم غیرمسلح ببینید. به نظر می‌رسد که یک ستاره متوسط ​​و معمولی است که از دوران باستان در فهرست ستارگان ذکر شده است. اما هنگامی که اخترشناسان توسط تلسکوپ به این جسم نگاه کردند، متوجه شدند که این جرم اصلا یک ستاره نیست، بلکه یکی از بزرگترین خوشه‌های کروی (مجموعه‌ای کوچک، گرد و متراکم از میلیون‌ها ستاره) می‌باشد.

این گرد بودن همان چیزی است که خوشه‌های کروی را از انواع دیگر خوشه‌های ستاره‌ای جدا می‌کند. آنها به اندازه کافی بزرگ هستند و دارای ستاره‌های زیادی هستند که جاذبه کافی برای کشیدن آنها به شکل کروی وجود دارد.

خوشه‌های کروی به طرز عجیبی قدیمی هستند. از حدود 150 عدد آنها در کهکشان راه شیری، جوانترین آنها کمتر از 8 بیلیون سال سن ندارند، در حالی که مسن‌ترین آنها تقریباً 12 بیلیون سال سن دارند. آنها بیلیونها سال است که دور جدیدی از تشکیل ستاره نداشته‌اند، بنابراین آنچه در آنها باقی مانده است یا بقایای (کوتوله‌های سفید، سیاهچاله‌ها و غیره) یا ستاره های کوچک، کم نور و قرمز است. هر چیزی که باعث شکل‌گیری آن‌ها شد، مدت‌ها پیش اتفاق افتاد و آنها به سادگی سال‌ها تغییر چندانی نکرده‌اند.

در واقع، امگا قنطورس یکی از قدیمی‌ترین چیزهایی است که می‌توانید با چشم غیر مسلح ببینید. وقتی منظومه شمسی شکل گرفت، این خوشه کروی به طرز خارق العاده‌ای باستانی بود.

خوشه‌های کروی فوق العاده متراکم هستند. در عمیق‌ترین بخش‌های هسته‌ آنها، ستارگان هزار برابر متراکم‌تر از همسایه‌های خورشیدی در کنار هم قرار می‌گیرند. آنها چنان محکم گرد هم جمع شده‌اند که در سیارات تقریباً غیرممکن است.

در چند دهه گذشته، ستاره‌شناسان متوجه شده‌اند که – تقریباً – دو نوع متمایز از خوشه‌های کروی وجود دارد: خوشه‌های جوان و قدیمی.

البته «جوان» در اینجا یک اصطلاح نسبی است. جوانترها بین 8 تا 10 بیلیون سال سن دارند. آنها همچنین تمایل دارند به برآمدگی مرکزی کهکشان راه شیری نزدیکتر باشند و فلزات بسیار بیشتری نسبت به سایر خوشه‌های کروی دارند. در اصطلاحات نجوم، “فلزات” به معنای هر عنصری غیر از هیدروژن و هلیوم است. آن عناصر سنگین‌تر توسط همجوشی هسته‌ای در درون ستارگان شکل می‌گیرند و در یک کهکشان معمولی، دوره‌های ادامه‌دار شکل‌گیری و نابودی ستاره‌ها به طور مداوم کهکشان‌ها را غنی می‌کنند. اما از آنجایی که همه این خوشه‌های کروی تقریباً در یک زمان به دنیا آمده‌اند و از آن زمان تاکنون ستاره‌ای جدید تشکیل نشده است، وجود فلزات به این معنی است که خوشه‌های کروی باید از یک محیط غنی از فلز تشکیل می‌شدند.

خوشه‌های کروی دیگر، قدیمی‌تر، بیشتر در محدوده 10 تا 12 بیلیون سال قدمت دارند. این موارد بسیار رایج‌تر هستند. حدود دو سوم خوشه‌های کروی در کهکشان راه شیری از این جمعیت هستند. آنها تمایل دارند از مرکز کهکشانی دورتر باشند، انواع مدارهای تصادفی دارند و تقریباً بدون فلز هستند.

ستاره‌شناسان گمان می‌کنند که خوشه‌های کروی جوان با کهکشان راه شیری 8 تا 10 بیلیون سال پیش شکل گرفته‌اند، در حالی که خوشه‌های قدیمی‌تر حتی قبل از شروع کهکشان ما شکل گرفته‌اند. این خوشه‌های کروی احتمالاً با کهکشان‌های کوچک و کوتوله‌ای شکل گرفته‌اند که توسط کهکشان راه شیری نابود شده‌اند. کهکشان‌های کوتوله از هم جدا شدند، اما خوشه‌های کروی کوچک و متراکم توانستند تا به امروز زنده بمانند (با این وجود مجبور شدند به دور همان کهکشانی بچرخند که والدینشان را نابود کرد).

ما دو نوع خوشه کروی داریم. اما در وهله اول چگونه شکل گرفتند؟

بزرگترین سرنخ در مورد منشا خوشه‌های کروی این است که آنها ماده تاریکی ندارند. اندازه‌گیری جرم آنها با استفاده از تکنیکهای مختلف (جمع کردن همه منابع نور، محاسبه گرانش مورد نیاز برای گرد نگه داشتن آنها و غیره) همگی به یک عدد می‌رسند. این امر بدان معناست که خوشه‌های کروی امروزی کاملاً شبیه کهکشان‌ها نیستند. ارائه تعریفی از “کهکشان” کمی چالش‌برانگیز است، اما از آنجایی که تقریباً همه کهکشان‌ها از حداقل 80٪ ماده تاریک تشکیل شده‌اند، باید این واقعیت را به نحوی لحاظ کنید.

این امکان وجود دارد که ماده تاریک در شکل‌گیری خوشه‌های کروی نقش داشته باشد، همان کاری که برای تشکیل کهکشان‌ها فقط در مقیاس بسیار کوچکتر. انجام داد، اما شاید ماده تاریک در خوشه‌های کروی توسط برهمکنش با کهکشان‌های مادر پراکنده شده و دسته‌ای از ستاره‌های مرده و در حال نابودی را به جای گذاشته است.

یا شاید ماده تاریک هرگز نقشی نداشته است. شاید خوشه‌های کروی به جای اینکه کهکشان‌های شکست خورده باشند، خوشه‌های ستاره‌ای فوق العاده موفقی باشند. همان فرآیندی را که هر خوشه دیگری را تشکیل می‌دهد (یک ابر بزرگ از گاز و غبار در حال فروپاشی و ستاره‌ها) در نظر بگیرید و آن را تا 11 برابر افزایش دهید و صدها هزار یا میلیونها ستاره را در یک حرکت به دست خواهید آورد. درخشش شدید تشکیل ستاره، تمام گازهای باقیمانده را از بین برد و خوشه کروی را دست نخورده اما از نظر عملکردی به صورت مرده باقی گذاشت.

تا به امروز، ستاره‌شناسان دقیقاً مطمئن نیستند که کدام سناریو محتمل‌تر است. در هر صورت، خوشه‌های کروی جذاب هستند زیرا به وضوح با شکل‌گیری کهکشان‌ها مرتبط هستند – و ستاره‌شناسان دقیقاً مطمئن نیستند که کهکشان‌ها چگونه شکل می‌گیرند و چگونه تکامل می‌یابند. با مطالعه این کپسول‌های زمانی غول پیکر، امیدواریم به گذشته باستانی خود نگاه کنیم و اسرار نهایی چگونگی پیدایش کهکشان خودمان را کشف کنیم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Mysterious globular clusters could unlock the secrets of galaxy formation

By Paul Sutter 

https://www.space.com/globular-cluster-galaxy-formation-mysteries