wszechświat
Autor: Steven W. Stahler | dodano: 2013-03-19
Życie społeczne gwiazd

Wszystkie gwiazdy rodzą się w grupach, które powoli rozpraszają się w przestrzeni. Nowa teoria usiłuje wyjaśnić powstawanie i rozpad takich grup, a także dlaczego nieliczne z nich przetrwały setki milionów lat.

Nocne niebo pełne jest gwiazd.
Niektóre z nich wydają się tworzyć charakterystyczne wzory, nazywane przez nas gwiazdozbiorami. To tylko projekcje ludzkiego umysłu. Zdecydowana większość gwiazd – zarówno z naszej Drogi Mlecznej, jak i z pozostałych galaktyk – nie jest ze sobą fizycznie powiązana.

A przynajmniej – teraz już nie. Każda z gwiazd rozpoczyna swoje życie w grupie, w otoczeniu rodzeństwa mającego prawie ten sam wiek, które dopiero później rozbiega się w przestrzeni. Astronomowie mogli to stwierdzić, ponieważ część gwiezdnych żłobków przetrwała; noszą one nazwę gromad gwiazd. Być może najbardziej znaną jest gromada w Wielkiej Mgławicy w Orionie; na zdjęciach wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a widać mrugające gwiazdy wewnątrz rotujących obłoków z gazu i pyłu. Plejady można dostrzec nawet z przydomowego ogródka: to rozmyta mgiełka w gwiazdozbiorze Byka.

Gromady gwiazd są bardzo zróżnicowane. Istnieją niestabilne grupki liczące kilkudziesięciu członków, ale także gęste zbiorowiska zawierające miliony gwiazd. Niektóre gromady są bardzo młode – ich wiek to zaledwie kilka milionów lat – zaś inne egzystują niemal od początku Wszechświata. Znajdujemy w nich gwiazdy na każdym etapie ewolucji. To właśnie obserwacje gromad gwiazd dostarczyły najważniejszych dowodów dla powszechnie już dziś przyjętej teorii opisującej ewolucję pojedynczej gwiazdy. Teoria ta to jeden z największych sukcesów dwudziestowiecznej astrofizyki.

Stosunkowo niewiele wiadomo natomiast na temat wewnętrznych mechanizmów i ewolucji samych gromad. Co spowodowało, że astronomowie obserwują tak różne ich postacie? Znacznie więcej wiemy o poszczególnych gwiazdach niż o kołyskach, w których powstały!

Paradoksalność tej sytuacji zauważyłem 20 lat temu, kiedy wspólnie z Francesco Pallą z L’Osservatorio astrofisico di Arcetri we Florencji zacząłem pisać podręcznik dla doktorantów o powstawaniu gwiazd. W owym czasie składaliśmy sobie regularnie wizyty na przemian w Berkeley w Kalifornii i we Florencji. Gdy omawialiśmy przeróżne aspekty badań tej bogatej dziedziny astrofizyki, gdzieś w zakamarkach naszych myśli zawsze tkwiły nierozwiązane kwestie dotyczące gromad.

Pewnego popołudnia, gdy zrobiliśmy sobie przerwę w Caffe Strada (która, rzecz jasna, znajduje się w Berkeley), w mojej głowie pojawił się zalążek odpowiedzi. Być może wszystkie gromady, niezależnie od ich obecnego wieku i rozmiarów, zostały ukształtowane przez te same siły fizyczne. I, być może, tylko jedna zmienna określa sposób, w jaki te siły działają na konkretną gromadę: masa macierzystego obłoku, z którego gromada powstała. Przez większą część następnych dziesięcioleci zbierałem dowody na poparcie tej hipotezy.

Pochmurno z możliwością przejaśnień
kiedy zaczynałem tę pracę, astronomowie wiedzieli już dużo o formowaniu się gwiazd i całkiem sporo o gromadach, w których powstają. Gwiazdy nie tworzą się z pustej przestrzeni, ale wzrastają wewnątrz rozległych obłoków zbudowanych głównie z cząsteczkowego wodoru, a także innych pierwiastków, oraz niewielkiej ilości pyłu. Te tak zwane obłoki molekularne występują we wszystkich galaktykach i działają siłą grawitacji nie tylko na gwiazdy i inne obiekty zewnętrzne, ale także na obszary wewnątrz samych obłoków. Samograwitacja obłoku powoduje, że obszary, w których gęstość gazu i pyłu jest szczególnie duża, zapadają się, tworząc protogwiazdy. W ten sposób z pojedynczego obłoku molekularnego może powstać gromada licząca od kilkudziesięciu do wielu tysięcy gwiazd.

Istnieje zasadniczo pięć rodzajów gromad, które rozróżnia się częściowo na podstawie ich wieku, a częściowo na podstawie liczby i przestrzennej gęstości tworzących je gwiazd. Najmłodsze gwiezdne grupy, zwane gromadami zanurzonymi, znajdują się wewnątrz obłoków tak gęstych, że pochłaniają one całe promieniowanie widzialne emitowane przez gwiazdy. Do obserwatorów dociera tylko promieniowanie podczerwone pyłu grzanego przez zanurzone w nim gwiazdy, co uniemożliwia określenie szczegółów struktury tych gromad, więc wciąż pozostaje ona dla nas tajemnicą.

Gromady kuliste są z kolei najstarszymi i liczącymi najwięcej członków grupami gwiazd. Istnieją niemal od początku Wszechświata i mogą zawierać nawet milion gwiazd rozmieszczonych ciasno obok siebie. Macierzyste obłoki tych gromad zniknęły, a zatem wszystkie gwiazdy są widoczne. Niestety, najbliższe gromady kuliste leżą w pewnej odległości od dysku Drogi Mlecznej i dlatego również i je trudno jest szczegółowo badać. Z czysto praktycznych względów ograniczyłem się więc do trzech typów gromad, które występują w płaszczyźnie naszej Galaktyki, dzięki czemu są dobrze widoczne. Najmniejszą gęstość przestrzenną mają asocjacje T, nazwane tak, ponieważ w dużym stopniu składają się z najpowszechniejszych młodych gwiazd typu T Tauri. (Nasze Słońce w młodości było gwiazdą typu T Tauri). Każda asocjacja T zawiera kilkaset takich gwiazd, które są otoczone, ale nie całkowicie zasłonięte, przez macierzysty obłok. Asocjacje T nie są w stanie przetrwać przez długi czas; najstarsze z nich mają około pięciu milionów lat, co z perspektywy kosmicznej, jest zaledwie mrugnięciem oka.

Od pewnego czasu naukowcy wiedzą, że w asocjacjach T masa obłoku macierzystego jest znacznie większa od sumarycznej masy wytworzonych przez niego gwiazd. Według mnie to właśnie ten czynnik powoduje, że gromady te żyją tak krótko. Masa określa moc grawitacji: im większa, tym silniejsze jest przyciąganie grawitacyjne. A zatem, jeżeli masa obłoku macierzystego w asocjacji T jest znacznie większa niż masa należących do niej gwiazd, to gromadę w całości musi utrzymywać grawitacja obłoku, a nie grawitacja, którą wywierają na siebie wzajemnie same gwiazdy. Gdy więc obłok ulegnie rozproszeniu, gwiazdy także się rozbiegną. Astronomowie uważają, że obłoki macierzyste asocjacji T są niszczone przez wiatry gwiazdowe (strugi gazu wysyłane przez gwiazdy), co powoduje, że gwiazdy, które początkowo były związane grawitacyjnie, uciekają w przestrzeń.

Drugi typ gromad, który łatwo obserwować w Drodze Mlecznej, swoją nazwę zawdzięcza dwóm szczególnym typom gwiazd: O i B. Są to najjaśniejsze i najbardziej masywne gwiazdy we Wszechświecie. Gromady te, nazwane asocjacjami OB, zawierają zwykle 10 razy więcej gwiazd niż asocjacje T, a kilka z nich jest właśnie typu O lub B. Dobrze znanym przykładem jest gromada w Wielkiej Mgławicy w Orionie. Leży ona około 1500 lat świetlnych od nas i składa się z czterech gwiazd naprawdę masywnych oraz około 2000 mniejszych, w tym wielu typu T Tauri. Asocjacja ta ma największą gęstość przestrzenną gwiazd w naszej części Galaktyki.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 04/2013 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
20
W 1985 r. Microsoft zaprezentował system operacyjny Windows 1.0.
Warto przeczytać
Czy znasz powiedzenie że matematykowi do pracy wystarczy kartka, ołówek i kosz na śmieci? To nieprawda! Pasjonującą, efektowną i praktyczną matematykę poznaje się dopiero w laboratorium.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Steven W. Stahler | dodano: 2013-03-19
Życie społeczne gwiazd

Wszystkie gwiazdy rodzą się w grupach, które powoli rozpraszają się w przestrzeni. Nowa teoria usiłuje wyjaśnić powstawanie i rozpad takich grup, a także dlaczego nieliczne z nich przetrwały setki milionów lat.

Nocne niebo pełne jest gwiazd.
Niektóre z nich wydają się tworzyć charakterystyczne wzory, nazywane przez nas gwiazdozbiorami. To tylko projekcje ludzkiego umysłu. Zdecydowana większość gwiazd – zarówno z naszej Drogi Mlecznej, jak i z pozostałych galaktyk – nie jest ze sobą fizycznie powiązana.

A przynajmniej – teraz już nie. Każda z gwiazd rozpoczyna swoje życie w grupie, w otoczeniu rodzeństwa mającego prawie ten sam wiek, które dopiero później rozbiega się w przestrzeni. Astronomowie mogli to stwierdzić, ponieważ część gwiezdnych żłobków przetrwała; noszą one nazwę gromad gwiazd. Być może najbardziej znaną jest gromada w Wielkiej Mgławicy w Orionie; na zdjęciach wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a widać mrugające gwiazdy wewnątrz rotujących obłoków z gazu i pyłu. Plejady można dostrzec nawet z przydomowego ogródka: to rozmyta mgiełka w gwiazdozbiorze Byka.

Gromady gwiazd są bardzo zróżnicowane. Istnieją niestabilne grupki liczące kilkudziesięciu członków, ale także gęste zbiorowiska zawierające miliony gwiazd. Niektóre gromady są bardzo młode – ich wiek to zaledwie kilka milionów lat – zaś inne egzystują niemal od początku Wszechświata. Znajdujemy w nich gwiazdy na każdym etapie ewolucji. To właśnie obserwacje gromad gwiazd dostarczyły najważniejszych dowodów dla powszechnie już dziś przyjętej teorii opisującej ewolucję pojedynczej gwiazdy. Teoria ta to jeden z największych sukcesów dwudziestowiecznej astrofizyki.

Stosunkowo niewiele wiadomo natomiast na temat wewnętrznych mechanizmów i ewolucji samych gromad. Co spowodowało, że astronomowie obserwują tak różne ich postacie? Znacznie więcej wiemy o poszczególnych gwiazdach niż o kołyskach, w których powstały!

Paradoksalność tej sytuacji zauważyłem 20 lat temu, kiedy wspólnie z Francesco Pallą z L’Osservatorio astrofisico di Arcetri we Florencji zacząłem pisać podręcznik dla doktorantów o powstawaniu gwiazd. W owym czasie składaliśmy sobie regularnie wizyty na przemian w Berkeley w Kalifornii i we Florencji. Gdy omawialiśmy przeróżne aspekty badań tej bogatej dziedziny astrofizyki, gdzieś w zakamarkach naszych myśli zawsze tkwiły nierozwiązane kwestie dotyczące gromad.

Pewnego popołudnia, gdy zrobiliśmy sobie przerwę w Caffe Strada (która, rzecz jasna, znajduje się w Berkeley), w mojej głowie pojawił się zalążek odpowiedzi. Być może wszystkie gromady, niezależnie od ich obecnego wieku i rozmiarów, zostały ukształtowane przez te same siły fizyczne. I, być może, tylko jedna zmienna określa sposób, w jaki te siły działają na konkretną gromadę: masa macierzystego obłoku, z którego gromada powstała. Przez większą część następnych dziesięcioleci zbierałem dowody na poparcie tej hipotezy.

Pochmurno z możliwością przejaśnień
kiedy zaczynałem tę pracę, astronomowie wiedzieli już dużo o formowaniu się gwiazd i całkiem sporo o gromadach, w których powstają. Gwiazdy nie tworzą się z pustej przestrzeni, ale wzrastają wewnątrz rozległych obłoków zbudowanych głównie z cząsteczkowego wodoru, a także innych pierwiastków, oraz niewielkiej ilości pyłu. Te tak zwane obłoki molekularne występują we wszystkich galaktykach i działają siłą grawitacji nie tylko na gwiazdy i inne obiekty zewnętrzne, ale także na obszary wewnątrz samych obłoków. Samograwitacja obłoku powoduje, że obszary, w których gęstość gazu i pyłu jest szczególnie duża, zapadają się, tworząc protogwiazdy. W ten sposób z pojedynczego obłoku molekularnego może powstać gromada licząca od kilkudziesięciu do wielu tysięcy gwiazd.

Istnieje zasadniczo pięć rodzajów gromad, które rozróżnia się częściowo na podstawie ich wieku, a częściowo na podstawie liczby i przestrzennej gęstości tworzących je gwiazd. Najmłodsze gwiezdne grupy, zwane gromadami zanurzonymi, znajdują się wewnątrz obłoków tak gęstych, że pochłaniają one całe promieniowanie widzialne emitowane przez gwiazdy. Do obserwatorów dociera tylko promieniowanie podczerwone pyłu grzanego przez zanurzone w nim gwiazdy, co uniemożliwia określenie szczegółów struktury tych gromad, więc wciąż pozostaje ona dla nas tajemnicą.

Gromady kuliste są z kolei najstarszymi i liczącymi najwięcej członków grupami gwiazd. Istnieją niemal od początku Wszechświata i mogą zawierać nawet milion gwiazd rozmieszczonych ciasno obok siebie. Macierzyste obłoki tych gromad zniknęły, a zatem wszystkie gwiazdy są widoczne. Niestety, najbliższe gromady kuliste leżą w pewnej odległości od dysku Drogi Mlecznej i dlatego również i je trudno jest szczegółowo badać. Z czysto praktycznych względów ograniczyłem się więc do trzech typów gromad, które występują w płaszczyźnie naszej Galaktyki, dzięki czemu są dobrze widoczne. Najmniejszą gęstość przestrzenną mają asocjacje T, nazwane tak, ponieważ w dużym stopniu składają się z najpowszechniejszych młodych gwiazd typu T Tauri. (Nasze Słońce w młodości było gwiazdą typu T Tauri). Każda asocjacja T zawiera kilkaset takich gwiazd, które są otoczone, ale nie całkowicie zasłonięte, przez macierzysty obłok. Asocjacje T nie są w stanie przetrwać przez długi czas; najstarsze z nich mają około pięciu milionów lat, co z perspektywy kosmicznej, jest zaledwie mrugnięciem oka.

Od pewnego czasu naukowcy wiedzą, że w asocjacjach T masa obłoku macierzystego jest znacznie większa od sumarycznej masy wytworzonych przez niego gwiazd. Według mnie to właśnie ten czynnik powoduje, że gromady te żyją tak krótko. Masa określa moc grawitacji: im większa, tym silniejsze jest przyciąganie grawitacyjne. A zatem, jeżeli masa obłoku macierzystego w asocjacji T jest znacznie większa niż masa należących do niej gwiazd, to gromadę w całości musi utrzymywać grawitacja obłoku, a nie grawitacja, którą wywierają na siebie wzajemnie same gwiazdy. Gdy więc obłok ulegnie rozproszeniu, gwiazdy także się rozbiegną. Astronomowie uważają, że obłoki macierzyste asocjacji T są niszczone przez wiatry gwiazdowe (strugi gazu wysyłane przez gwiazdy), co powoduje, że gwiazdy, które początkowo były związane grawitacyjnie, uciekają w przestrzeń.

Drugi typ gromad, który łatwo obserwować w Drodze Mlecznej, swoją nazwę zawdzięcza dwóm szczególnym typom gwiazd: O i B. Są to najjaśniejsze i najbardziej masywne gwiazdy we Wszechświecie. Gromady te, nazwane asocjacjami OB, zawierają zwykle 10 razy więcej gwiazd niż asocjacje T, a kilka z nich jest właśnie typu O lub B. Dobrze znanym przykładem jest gromada w Wielkiej Mgławicy w Orionie. Leży ona około 1500 lat świetlnych od nas i składa się z czterech gwiazd naprawdę masywnych oraz około 2000 mniejszych, w tym wielu typu T Tauri. Asocjacja ta ma największą gęstość przestrzenną gwiazd w naszej części Galaktyki.