Галерея изображений 16 шаровых скоплений, проанализированных в порядке различий в кинематических свойствах, наблюдаемых между несколькими звездными популяциями. Изображение предоставлено: ESA/Hubble – ESO – SDSS
Исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysicals, знаменует собой важную веху в нашем понимании формирования и динамической эволюции множества звездных популяций в шаровых скоплениях (сферические и очень компактные звездные агломераты, обычно населенные 1-2 миллионами звезд).
Это новаторское исследование, проведенное группой исследователей из Национального института астрофизики (INAF), Университета Болоньи и Университета Индианы, является первым, в котором был проведен 3D-кинематический анализ нескольких звездных популяций для репрезентативной выборки из 16 шаровых скоплений в наша галактика. Он обеспечивает новаторское наблюдательное описание их кинематических свойств (то есть того, как звезды движутся внутри шаровых скоплений) и их долгосрочной эволюции от формирования до настоящего времени.
Эмануэле Далессандро, исследователь INAF в Болонье, ведущий автор статьи и координатор рабочей группы, объясняет: «Понимание физических процессов, лежащих в основе формирования и ранней эволюции шаровых скоплений, является одним из самых увлекательных и противоречивых астрофизических вопросов прошлого. 20-25 лет.
«Результаты нашего исследования предоставляют первые убедительные доказательства того, что шаровые скопления образовались в результате множественных событий звездообразования, и накладывают фундаментальные ограничения на динамический путь, по которому звездные скопления следуют на протяжении всей своей эволюции. Эти результаты стали возможными благодаря мультидиагностическому подходу и сочетанию самых современных наблюдений и динамического моделирования».
В исследовании подчеркивается, что кинематические различия между несколькими популяциями являются ключом к пониманию механизмов формирования и развития этих древних структур.
Шаровые скопления являются одними из первых систем, образовавшихся во Вселенной, их возраст до 12-13 миллиардов лет (то есть они восходят к началу космоса). Они представляют собой типичную популяцию всех галактик. Это компактные системы (с массой в несколько сотен тысяч солнечных масс и размером в несколько парсеков), которые можно наблюдать даже в далеких галактиках.
Двумерные карты плотности звезд, выбранных для кинематического анализа в GC 47 Tuc. FP отображаются на левой панели, а SP — на правой панели. Эллипсы наилучшего соответствия, полученные, как описано в разделе 2.1, показаны над распределениями плотности. 4. Кредит: Астрономия и астрофизика (2024 г.). DOI: 10.1051/0004-6361/202451054
«Их астрофизическое значение огромно, — говорит Далессандро, — потому что благодаря своему возрасту они не только помогают нам проверять космологические модели формирования Вселенной, но и предоставляют естественные лаборатории для изучения формирования, эволюции и химического обогащения галактик. «.» Хотя шаровые скопления изучаются уже более столетия, результаты последних наблюдений показывают, что наши знания все еще во многом неполны.
«Результаты, полученные за последние два десятилетия, неожиданно показали, что шаровые скопления состоят из более чем одной популяции звезд: первичная звезда с химическими свойствами, подобными другим звездам в галактике, и другая с аномальным химическим содержанием легких элементов, таких как гелий. Кислород, натрий и азот», — говорит Марио Каделано, научный сотрудник Института физики и астрономии Болонского университета и сотрудник INAF, один из авторов исследования.
«Несмотря на множество наблюдений и теоретических моделей, характеризующих эти популяции, механизмы, регулирующие их формирование, до сих пор не изучены».
Исследование основано на измерении трехмерных скоростей (Instrument Kinematic Survey) — спектроскопическом исследовании, специально направленном на изучение внутренней кинематики шаровых скоплений. Использование этих телескопов из космоса и с Земли позволило получить беспрецедентное трехмерное изображение распределения скоростей звезд в выбранных шаровых скоплениях.
Анализ показывает, что звезды с разным содержанием легких элементов характеризуются разными кинематическими свойствами, такими как скорости вращения и орбитальные распределения.
«В этой работе мы подробно проанализировали движение тысяч звезд внутри каждого звездного скопления», — добавляет Алессандро Делла Кроче, аспирант. Студентка INAF в Болонье. «Быстро выяснилось, что звезды, принадлежащие к разным популяциям, обладают разными кинематическими свойствами: звезды с аномальным химическим составом имеют тенденцию вращаться быстрее остальных внутри скопления и все больше распространяться из центральных областей во внешние».
Интенсивность этих кинематических различий зависит от динамического возраста шаровых скоплений. «Эти результаты согласуются с долгосрочной динамической эволюцией звездных систем, где звезды с аномальным химическим составом более сконцентрированы в центре и вращаются быстрее, чем стандартные звезды».
«Это, в свою очередь, предполагает, что шаровые скопления сформировались в результате нескольких эпизодов звездообразования, и дает важную информацию для определения физических процессов и временных масштабов, лежащих в основе формирования и эволюции массивных звездных скоплений», — подчеркивает Далессандро.
Этот новый трехмерный взгляд на движение звезд в шаровых скоплениях обеспечивает беспрецедентную и захватывающую основу для формирования и динамической эволюции этих удивительных систем. Это также помогает прояснить некоторые из самых сложных загадок, связанных с происхождением этих древних сооружений.
Информация от: Национальным институтом астрофизики.
