Starzenie się stada gwiazd w gromadzie Dzika Kaczka

Czy gromady gwiazd zawierają wiele pokoleń gwiazd czy tylko jedno? Naukowcy od dawna szukają odpowiedzi na to pytanie a dzięki teleskopowi MMT Uniwersytetu Arizona, znaleźli ją w gromadzie Dzika Kaczka, gdzie gwiazdy wirują z różnymi prędkościami, ukrywając swój wiek.

Astronomowie od dawna wierzyli, że wiele gromad otwartych składa się z pojedynczego pokolenia gwiazd, ponieważ gwiazdy raz powstały, a ich promieniowanie rozdmuchuje pobliską materię potrzebną do tworzenia nowych gwiazd. Ale w gromadzie Dzika Kaczka – znanej także jako M11 – gwiazdy o tej samej jasności pojawiają się w różnych barwach, co sugeruje, że są w różnym wieku. O ile naukowcy nie przegapili ważnych wskazówek dotyczących ewolucji gwiazd, musiało być inne wyjaśnienie rozpowszechniania kolorów w tym zgromadzeniu około 2900 gwiazd.

Beomdu Lim z Kyung Hee University kierował międzynarodowym zespołem astronomów, którzy korzystali z teleskopu MMT, w celu zbadania tej gromady. W badaniu opublikowanym w Nature Astronomy, zespół odkrył, że to nie wiek gwiazd powoduje, że wyglądają, jakby miały różną barwę a ich rotacja.

Gromady otwarte zawierają tysiące gwiazd, którym astronomowie postawili hipotezy powstania z tych samych olbrzymich obłoków gazu. Gwiazdy te mają różne rozmiary, począwszy od krótko żyjących niebieskich olbrzymów, dziesiątki razy masywniejszych od Słońca,  po długowieczne, małomasywne karły, które przez 10 mld lat lub dłużej będą spalać paliwo w swoich jądrach. Jasność i barwa każdej gwiazdy zmienia się z wraz ze starzeniem się, co pozwala astronomom ocenić ich wiek.

Astronomowie przedstawiają jasność i barwę gwiazd na ukośnej linii – od jasnych, niebieskich i masywnych na górze linii, aż do słabych, czerwonych i mniej masywnych na dole – nazywanej ciągiem głównym.

Punkt zwrotny – punkt, w którym gwiazda starzeje się i schodzi z ciągu głównego – jest używany do określenia wieku gromad w oparciu o znaną oczekiwaną długość życia każdej gwiazdy. Jeżeli gwiazdy opuszczają ciąg główny w tym samym punkcie, to są one w tym samym wieku.  

W gromadzie Dzika Kaczka gwiazdy skręcają z przekątnej w różnych punktach. Nie wydaje się to intuicyjne, ponieważ uważa się, że gwiazdy w gromadzie otwartej, takiej jak M11, należą do tej samej generacji.

Lim i jego zespół postanowili odkryć, jakie właściwości gwiazd mogą potencjalnie wyjaśnić ten wzorzec.

Skierowali teleskop MMT w stronę gromady, aby zbadać widmo gwiazd używając instrumentu Hectochelle działającego jak pryzmat i rozszczepia światło gwiazdy na składniki, które astronomowie nazywają widmami. Widma są jak kody kreskowe, a każda linia identyfikuje inną substancję chemiczną w gwieździe.

Hectochelle może uchwycić szczegółowe widma wielu gwiazd jednocześnie, dzięki czemu jest idealnym narzędziem do obserwacji gromad, takich jak Dzika Kaczka, która składa się z tysięcy gwiazd.

Gdy gwiazda rotuje, jedna strona porusza się w stronę Ziemi a druga oddala. Połowa gwiazdy obracająca się w stronę Ziemi emituje światło o długościach fal, które wydają się spłaszczone, przez co barwa wydaje się bardziej niebieska niż byłaby, gdyby gwiazda się nie poruszała. Ta połowa, która oddala się od Ziemi powoduje, że fala wygląda na rozciągniętą, przez co barwa gwiazdy wydaje się czerwona. To zgniatanie i rozciąganie powoduje, że linie widmowe rozprzestrzeniają się na różnych długościach fali zamiast zbijać się w jedną.

Jak się okazało, gwiazdy w gromadzie Dzikiej Kaczki mają rozproszone widmo nie ze względu na różny wiek, ale z powodu różnych okresów rotacji.

Widma wskazywały również, że gwiazdy rotują z różną prędkością. Lim i jego zespół przeprowadził symulacje komputerowe, aby dowiedzieć się, jak szybko rotuje każda gwiazda.

Im gwiazda szybciej rotuje, tym lepiej miesza wodór w swoim jądrze. Im więcej wodoru otrzymuje rdzeń, tym dłużej gwiazda żyje, co powoduje, że staje się ona bardziej czerwona, niż młodsze rodzeństwo.

Gwiazdy w gromadzie ukazują się w różnych barwach, ponieważ obłok, z którego się urodziły, wprawia je w ruch, co mogłoby przedłużyć życie niektórych z nich.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Aging a Flock of Stars in the Wild Duck Cluster

Źródło: University of Arizona

Na zdjęciu: Gromada Dzika Kaczka sfotografowana przez 2,2-metrowy teleskop MPG/ESO w Obserwatorium La Silla w Chile. Niebieskie gwiazdy w środku obrazu to gwiazdy gromady. Każda gwiazda w gromadzie ma około 250 mln lat. Starsze, bardziej czerwone gwiazdy otaczają gromadę. Źródło: ESO