Hubble onderzoekt de vorming en evolutie van sterrenclusters in de grote Magellanic-wolk

[univers]

Net zoals mensen van dezelfde leeftijd sterk kunnen verschillen in uiterlijk en vorm, zo doen collecties van sterren of stellaire aggregaten. Nieuwe waarnemingen van de NASA / ESA Hubble-ruimtetelescoop suggereren dat chronologische leeftijd alleen niet het volledige verhaal vertelt als het gaat om de evolutie van sterrenclusters.

Eerder onderzoek naar de vorming en evolutie van sterrenclusters heeft gesuggereerd dat deze systemen de neiging hebben compact en dicht te zijn wanneer ze worden gevormd, voordat ze zich in de loop van de tijd uitbreiden tot clusters van zowel kleine als grote afmetingen. Nieuwe Hubble-waarnemingen in de Large Magellanic Cloud (LMC) -melkweg hebben ons begrip vergroot van hoe de grootte van sterrenclusters in de LMC met de tijd verandert [1] .


Dit beeld van de NASA / ESA Hubble-ruimtetelescoop onthult een oude, glimmende bal van sterren genaamd NGC 1466. Het is een bolvormig cluster - een verzameling sterren die allemaal bij elkaar worden gehouden door de zwaartekracht - die langzaam door de ruimte aan de rand van de Grote beweegt Magellanic Cloud, een van onze naaste galactische buren.
NGC 1466 is er zeker een voor uitersten. Het heeft een massa gelijk aan ongeveer 140.000 zonnen en een leeftijd van ongeveer 13,1 miljard jaar, waardoor het bijna net zo oud is als het universum zelf. Dit fossielachtige overblijfsel uit het vroege heelal ligt ongeveer 160.000 lichtjaar van ons verwijderd.
NGC 1466 is een van de 5 clusters in de LMC waarin het niveau van dynamische evolutie (of "dynamische leeftijd") werd gemeten.
Credit: ESA / Hubble & NASA

Sterrenclusters zijn verzamelingen van vele (maximaal één miljoen) sterren. Het zijn actieve systemen waarin de onderlinge zwaartekrachtsinteracties tussen de sterren hun structuur in de loop van de tijd veranderen (bij astronomen bekend als "dynamische evolutie"). Vanwege dergelijke interacties neigen zware sterren geleidelijk naar het centrale gebied van een sterrencluster te zakken, terwijl sterren met een lage massa uit het systeem kunnen ontsnappen. Dit veroorzaakt een progressieve samentrekking van de clusterkern over verschillende tijdschalen en betekent dat sterrenclusters met dezelfde chronologische leeftijd qua uiterlijk en vorm sterk kunnen variëren vanwege hun verschillende "dynamische leeftijden".

Het LMC bevindt zich op bijna 160.000 lichtjaar van de aarde en is een satellietmelkweg van de Melkweg met sterrenclusters die een breed scala aan leeftijden bestrijken. Dit verschilt van ons eigen Melkwegstelsel dat voornamelijk oudere sterrenclusters bevat. De verdeling van de maten als functie van de leeftijd waargenomen voor sterclusters in de LMC is erg raadselachtig, omdat de jonge clusters allemaal compact zijn, terwijl de oudste systemen zowel kleine als grote maten hebben.


Blauwe achterblijvende sterren zijn blauwe, heldere sterren, met een hogere massa dan het gemiddelde voor een cluster, en naar verwachting zinken ze na verloop van tijd naar het centrum van een sterrencluster. Degenen die zich het dichtst bij de clusterkern bevinden, zijn de eersten die naar binnen migreren, met verder afgelegen blauwe achterblijvers die geleidelijk naar binnen bewegen.
Credit: ESA / Hubble & NASA, L. Calçada

Alle sterclusters, inclusief die in de LMC, bleken een speciaal type opnieuw gestimuleerde sterren te hebben die blauwe achterblijvers heten [2] . Onder bepaalde omstandigheden ontvangen sterren extra brandstof die ze ophoopt en ze aanzienlijk oplicht. Dit kan gebeuren als een ster materie van een buur haalt, of als ze botsen.


Deze illustratie toont de twee manieren waarop blauwe achterblijvers in sterclusters vormen.
De afbeelding links toont het botsingsmodel waarbij twee sterren met een lage massa in een overvolle omgeving een frontale botsing ervaren, waarbij hun brandstof en massa worden gecombineerd om een ​​enkele hete ster te vormen.
De afbeelding rechts toont het "vampier" -model bestaande uit een paar sterren die een transformatie ondergaan, waarbij de ster met lagere massa zijn metgezel met grotere massa aftapt van de waterstof die zijn wedergeboorte voedt. Credit:ESA / Hubble, M. Kornmesser

Als gevolg van dynamische veroudering zinken zwaardere sterren naar het midden van een cluster naarmate het cluster ouder wordt, in een proces dat lijkt op sedimentatie, genaamd "centrale segregatie". Blauwe achterblijvers zijn helder, waardoor ze relatief gemakkelijk te observeren zijn en ze hebben een hoge massa, wat betekent dat ze worden beïnvloed door centrale segregatie en kunnen worden gebruikt om de dynamische leeftijd van een sterrencluster te schatten [3] .

Francesco Ferraro van de Universiteit van Bologna in Italië en zijn team gebruikten de Hubble Space Telescope om blauwe achterblijvers te observeren in vijf (coeval) oude LMC-sterrenclusters met verschillende maten en slaagden erin deze te rangschikken in termen van hun dynamische leeftijd.

“We hebben aangetoond dat verschillende structuren van sterrenclusters te wijten zijn aan verschillende niveaus van dynamische veroudering: ze hebben een andere fysieke vorm ondanks het feit dat ze in dezelfde kosmische tijd zijn geboren. Dit is de eerste keer dat het effect van dynamische veroudering is gemeten in de LMC-clusters ”, zegt Ferraro.

"Deze bevindingen bieden intrigerende gebieden voor verder onderzoek, omdat ze een nieuwe en waardevolle manier onthullen om de waargenomen patronen van LMC-sterrenclusters te lezen en nieuwe hints geven over de geschiedenis van clustervorming in het LMC-stelsel", voegt co-auteur Barbara Lanzoni toe.


Deze animatie (artist's impression) toont de beweging van blauwe achterblijvers in een sterrenhoop in de tijd. Blauwe achterblijvende sterren zijn blauwe, heldere sterren, met een hogere massa dan het gemiddelde voor een cluster, en naar verwachting zinken ze na verloop van tijd naar het centrum van een sterrencluster. Degenen die zich het dichtst bij de clusterkern bevinden, zijn de eersten die naar binnen migreren, met verder afgelegen blauwe achterblijvers die geleidelijk naar binnen bewegen. Credit: ESA / Hubble & NASA, L. Calçada

https://www.spacetelescope.org/news/heic1915/