Az akár milliónyi csillagot is tartalmazó gömbhalmazokról általánosan elfogadott nézet, hogy a Világegyetem legöregebb objektumai közé tartoznak. A szintén széles körben támogatott fejlődési elméletek szerint szerkezeti evolúciójuk során három fázison mennek keresztül, ezek a halmaz fiatal, közép- és idős kora. Ez a szakaszolás természetesen a gömbhalmaz egészére vonatkozik, s nem a halmaz egyedi csillagainak valódi korát jellemzi.
A Hubble Űrteleszkóp felvétele az Ara csillagképben tőlünk 8200 fényévre található NGC 6397 gömbhalmazról. Középpontjában a csillagsűrűség milliószorosan felülmúlja a Naprendszer környezetében tapasztalhatót.
[NASA & the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)]
A gömhalmazok centrumában a nagy csillagsűrűség miatt az egyedi objektumok olyan közel kerülhetnek egymáshoz, hogy a kölcsönhatás eredményeként nagy számban jönnek létre kettőscsillagok, melyek komponensei között egy akkréciós korongon keresztül tömegátadás is zajlik, ez pedig a korongbeli anyag bizonyos részeinek jelentős felmelegedése miatt erős röntgensugárzás kibocsátásával jár. Mivel a kettősök kialakulása főleg a halmaz fejlődésének középső szakaszában várható, később pedig megszűnik röntgensugárzásuk, a röntgenforrások relatív száma jól jellemezheti a gömbhalmaz fejlődési fázisát.
A Chandra röntgenműhold segítségével J. Fregau (Northwestern University) és munkatársai több Tejútrendszerbeli gömbhalmazt tanulmányoztak ebből a szempontból, többek között az NGC 6397 és az NGC 6121 katalógusjelűt is. A halmazbeli szoros kettősök, s így a röntgenforrások száma is függ az összekapcsolódással járó megközelítések arányától a halmaz centrumában. Az NGC 6397 esetében ez kisebb, mint az NGC 6121 középpontjában, így azt várhatnánk, hogy az előbbinél a röntgenforrások száma kisebb, feltételezve, hogy a két gömbhalmaz ugyanabban a fejlődési fázisban van. Meglepő módon azonban az NGC 6397 centrumában több a röntgenforrás, ami azt sugallja, hogy fejlődési állapota szerint középkorú, míg az NGC 6121 még "kamaszkorban" van.
A Chandra röntgenműhold felvételei az NGC 6397 és az NGC 6121 katalógusjelű gömbhalmazok centrumairól. A leképezett területek mérete 2, illetve 3 ívperc körüli. Az NGC 6397 középpontjában meglepő módon több a röntgenforrás, mint a másik gömbhalmaz centrumában.
[NASA/CXC/Northwestern University/J. Fregau]
Az elméletek szerint a gömbhalmazok a tömörülés megindulása (mellékelt ábránkon "cluster formation") után a már említett három fejlődési fázison mennek keresztül. Az első szakaszban a centrum közelében található csillagok befelé mozognak, a mag összehúzódik ("core contraction"). A második fázisban a központhoz közeli kettőscsillagok kölcsönhatása már megakadályozza a további kontrakciót (binary burning). A harmadik szakasz akkor következik be, amikor az utolsó kettőscsillagok is kidobódnak a centrumból, s a mag összehúzódása összeomlásszerűen tovább folytatódik ("core collapse"). Ezen fázis végső szakaszában a halmaz magja egyfajta oszcillációba kezd ("gravothermal oscillations"), összehúzódik, majd új kettőscsillagok kialakulása következtében ismét tágul.
A gömbhalmazok fejlődési fázisait érzékeltető ábrasorozat. Az egyedi csillagokat vörös, míg a kettősöket kék szín jelzi. A feliratok magyarázatát lásd a szövegben.
[Northwestern University/W. Finney]
A vizsgálat végkövetkeztetése az, hogy a legtöbb gömbhalmaz – nemcsak az NGC 6121 – fejlődési állapotának még csak az első, s nem a középső szakaszában van, mint ahogyan eddig gondoltuk. Ezzel párhuzamosan a korábban az utolsó fejlődési fázisban lévőnek feltételezett halmazok, mint az NGC 6397, szintén egy szintet visszacsúsznak, s így a középső szakaszba kerülnek. A 13 vizsgált gömbhalmaz közül tíz az első fázisban van, s mindössze három középkorú.
A Chandra műhold észlelései a nagy térbeli felbontásnak és a detektorok érzékenységének köszönhetően rendkívül jól használhatók a gömbhalmazok röntgenforrásainak izolálására, s ezen keresztül a kettőscsillagok vizsgálatára. Az optikai tartományban végzett megfigyelések erre sokkal kevésbé alkalmasak az egyedülálló fényes csillagok tíz- és százezreinek zavaró hatása miatt.
Forrás:
