A gömbhalmazok ősi csillagok sűrűn elhelyezkedő csoportjai. Nagyjából gömb alakúak, és több százezer, néha több millió csillagot tartalmaznak. Tanulmányozásuk segít a csillagászoknak megbecsülni a világegyetem korát, vagy kideríteni, hol található egy galaxis középpontja.
A Georgia Állami Egyetem HyperPhysics honlapja szerint a Tejútrendszerben mintegy 150 ismert gömbhalmaz van. A legtöbbjük a becslések szerint legalább 10 milliárd éves, és a galaxis legrégebbi csillagai közé tartoznak. A halmazok valószínűleg nagyon korán keletkeztek, mielőtt a galaxis spirális koronggá lapult.
Néhány gömbhalmaz, például a Herkules csillagképben található Messier 13 (M13), szabad szemmel is látható. Szép látványt nyújtanak, de csak a távcsövek feltalálása után kezdtek el ragyogni csillagászati körökben. A távcsövekkel közelebbről is meg lehetett nézni a csillaghalmazokban található csillagokat. Ezek többnyire kis tömegű vörös csillagok és közepes tömegű sárga csillagok – a HyperPhysics szerint egyik sem nagyobb tömegű, mint 0,8 naptömeg.
A Pennsylvania Állami Egyetem szerint néhány további általános megfigyelés a gömbhalmazokról: az égbolt minden irányában megtalálhatóak, a gömbhalmazban lévő csillagok sűrűsége sokkal nagyobb, mint a Nap körüli csillagoké, és a halmazokban nem találtak gázt. A héliumnál nehezebb elemek gyakorisága mindössze 1-10 százaléka ugyanezen elemek gyakoriságának a Napban.
Fizika
A gömbhalmazok óriási molekulafelhőkből, vagyis hatalmas gáztömegekből alakultak ki, amelyek összeomlásuk során csillagokat alkotnak. Mivel ma kevesebb szabad gáz áll rendelkezésre, mint az univerzum kezdetén, a gömbhalmazok ma általában nem tudnak kialakulni.
Mégis van egy gömbhalmaz, amely a Tejútrendszerhez közeli galaxisban, a Nagy Magellán-felhőben alakul ki. Ennek oka, hogy szokatlanul sok gáz van benne – mondta Harvey Richer, a kanadai Vancouverben található University of British Columbia asztrofizikusa a Space.com-nak.
Míg a gömbhalmazokban a csillagok több generációját láthatjuk, az történik, hogy a következő generációk az elsőből fejlődnek ki. A csillagok első csoportja elnyeli a gáz nagy részét, majd amikor elpusztulnak (évmilliókkal később), kilökik a gázt. Ez azt jelenti, hogy a különböző csillaghalmaz-generációk közötti korkülönbség kicsi, kevesebb, mint a gömbhalmaz korának 1 százaléka – tette hozzá Richer.
A fiatalabb csillagok nehezebb elemekkel és több héliummal rendelkeznek, mint idősebb társaik, és a mozgásuk is eltér az idősebb csillagokétól. A Hubble Űrteleszkóppal végzett legújabb kutatások kimutatták, hogy az eredeti populáció inkább a gömbhalmaz középpontjában helyezkedik el, míg az újabb csillagok lassan szétszóródnak kifelé.
Minden gömbhalmaz egészként mozog a gazdagalaxisában, de a halmazon belül a csillagok külön-külön is véletlenszerűen mozognak – szinte úgy, mint a molekulák a gázban, mondta Richer. A csillagok egyéni mozgása olyan pajzsként működik, amely megakadályozza, hogy végül egymásnak ütközzenek. Ugyanakkor a gravitáció is ragasztóként működik, hogy megakadályozza a csillaghalmaz szétrepülését.
A gömbhalmazok is forognak, de nem annyira, mint egy olyan galaxis, mint a Tejútrendszer. Ez azért van, mert az eredeti gázfelhő, amelyből a halmazok létrejöttek, szintén nem forgott gyorsan, mondta Richer. A halmazokon azonban látszik egy enyhe forgás, mert kissé ellaposodtak, ami mutatja a mozgást. A tipikus forgás 5 és 10 kilométer per másodperc (3 és 6 mérföld/óra) között van. Ezzel szemben a Tejútrendszer 250 km/másodperc (155 mérföld/másodperc) sebességgel forog.
Felső felfedezések
A távcsöves korszakban az első két hivatalosan felfedezett és elnevezett halmaz az M22 (a Nyilasban, 1665-ben) és az Omega Centauri a Centaurusban volt az Encyclopedia Britannica szerint. Az M13-hoz hasonlóan az Omega Centauri is látható szabad szemmel, de nem minősítették gömbhalmaznak, amíg távcsővel nem vizsgálták.
Az M22 nemcsak korai felfedezése, hanem a benne lévő csillagok kora miatt is figyelemre méltó felfedezés volt. A csillagok életkora 12 és 13 milliárd év között mozog, ami az Európai Űrügynökség szerint az univerzum 13,8 milliárd évvel ezelőtti kialakulásához közelíti.
“nem is olyan meglepő, hiszen ez az egyik legfényesebb, az északi féltekéről látható gömbhalmaz, amely a Nyilas csillagképben található, közel a Galaktikus dudorhoz – a Tejútrendszer középpontjában lévő sűrű csillagtömeghez – – írja az ESA.”
Az M13-at szabad szemmel nehéz megtalálni, de ha különösen sötét és tiszta az ég, akkor lehetséges – írja az ESA. Az Omega Centaurit és az M13-at is Edmund Halley fedezte fel a 18. században; Halley leginkább úgy ismert, mint az a csillagász, aki kitalálta, hogy a Halley-üstökös rendszeresen visszatér a Földre.
“Ahogy Halley írta: “Ez csak egy kis folt, de szabad szemmel látható, amikor az ég derűs és a Hold hiányzik” – írta az ESA. Évszázadokkal később, 1974-ben az M13 volt a célpontja az Arecibo rádióteleszkóp földönkívülieknek szóló üzenetének is.
1917-ben Harlow Shapley csillagász, aki a csefeidákat, egy bizonyos fajta változócsillagot tanulmányozott az egyes halmazokon belül, megfigyelte, hogy ezek a csillagok a vevőtől való távolságtól függően kiszámítható fényességgel ragyognak. Ki tudta számítani ezeknek a csillagoknak a távolságát, amiből kiderült, hogy a galaktikus központ a Sagitarrius csillagképben van.
Shapley azt is megfigyelte, hogy a gömbhalmazok szimmetrikusan helyezkednek el a galaxis körül, de a galaktikus sík felett és alatt egyformán helyezkednek el, látszólag elkerülve magát a síkot.
Shapley modellje jelentősen megnövelte a galaxis méretét, és távolabb tolta a Naprendszert – és az emberiséget – a középponttól. Shapley azonban úgy vélte, hogy a világegyetem “egyetlen, hatalmas, mindent átfogó egység”, az Amerikai Fizikai Intézet szerint. Shapley kutatásaira építve Edwin Hubble még távolabbi – akár tízszer távolabbi – gömbhalmazokat talált, amelyek a Tejútrendszeren túl, más galaxisokban helyezkedtek el. Hubble bizonyítékait ismertetve Shapley állítólag örömmel látta, hogy elméletei megdőltek.
Hubble hozzájárulása
A névadó Hubble-űrteleszkóp különösen eredményes volt a gömbhalmazok vizsgálatában, mivel azokat nem takarja el a Föld légköre. A csillagok pislákolásának hiányában a csillagok élesebb képet kapnak. Ez megkönnyíti távolságuk és tulajdonságaik kiszámítását. Csak a Szűz csillagkép egyik területén – írta a NASA egy 2008-as közleményében – a távcső több mint 11 000 gömbhalmazt fedezett fel.
A távcső ugyanakkor arra is adott támpontokat, hogy az M87 (amely ugyanebbe a régióba ágyazódik) miért tartalmaz több csillaghalmazt, mint amennyit várnánk. Ennek oka, hogy az M87 és a hozzá hasonló halmazok az univerzum nagyon sűrű területein jöttek létre, amelyek kedvezőbb feltételeket biztosítottak a csillagok születéséhez, ami a ködöknek nevezett gázfelhőkben zajlik.
A Hubble azt a csillagászok körében régóta fennálló felfogást is lerombolta, hogy a gömbhalmazok mindig nagyjából azonos korú csillagokat tartalmaznak. A legmasszívabb gömbhalmazok valószínűleg megragadnak minden anyagot, ami a közelben van, és csillagok új generációit hozzák világra – írta a NASA egy korábbi közleményében.