Globulaire sterrenhopen zijn dicht opeengepakte verzamelingen van oude sterren. Ze zijn ruwweg bolvormig en bevatten honderdduizenden, en soms miljoenen, sterren. Door ze te bestuderen kunnen astronomen de leeftijd van het heelal schatten of achterhalen waar het centrum van een sterrenstelsel ligt.
Er zijn ongeveer 150 bolvormige sterrenhopen in het Melkwegstelsel bekend, volgens de HyperPhysics-website van de Georgia State University. De meeste zijn naar schatting ten minste 10 miljard jaar oud en bevatten enkele van de oudste sterren in het melkwegstelsel. De clusters zijn waarschijnlijk al heel vroeg gevormd, voordat het melkwegstelsel afplatte tot een spiraalvormige schijf.
Sommige bolvormige sterrenhopen, zoals Messier 13 (M13) in het sterrenbeeld Hercules, zijn met het blote oog te zien. Ze zijn mooi om naar te kijken, maar pas na de uitvinding van de telescopen begonnen ze in sterrenkundige kringen op te vallen. Met telescopen was het mogelijk om de sterren in deze clusters van dichterbij te bekijken. Het zijn vooral rode sterren met een lage massa en gele sterren met een gemiddelde massa – geen van hen is zwaarder dan 0,8 zonsmassa’s, aldus HyperPhysics.
Een paar andere algemene observaties van bolvormige sterrenhopen, volgens de Pennsylvania State University: ze komen in elke richting aan de hemel voor, de dichtheid van sterren in een bolvormige sterrenhoop is veel groter dan de dichtheid van sterren rond de zon, en de sterrenhopen blijken geen gas te bevatten. De abundantie van elementen zwaarder dan helium is slechts 1 tot 10 procent van de abundantie van dezelfde elementen in de zon.
Fysica
Globulaire clusters zijn gevormd uit reusachtige moleculaire wolken, oftewel enorme gasmassa’s die sterren vormen als ze in elkaar storten. Omdat er nu minder vrij gas beschikbaar is dan aan het begin van het heelal, kunnen bolvormige sterrenhopen zich over het algemeen niet meer vormen.
Echter is er een bolvormige sterrenhoop in ontwikkeling in een sterrenstelsel vlak bij de Melkweg, de Grote Magelhaense Wolk. Dit komt omdat er een ongewone hoeveelheid gas is, vertelde Harvey Richer, een astrofysicus aan de Universiteit van British Columbia in Vancouver, Canada, aan Space.com.
Terwijl je meerdere generaties sterren in bolvormige sterrenhopen kunt zien, is het zo dat de volgende generaties uit de eerste evolueren. De eerste groep sterren slokt het meeste gas op, en als ze sterven (miljoenen jaren later) stoten ze het gas weer uit. Dit betekent dat het leeftijdsverschil tussen de verschillende sterrenhoopgeneraties klein is, minder dan 1 procent van de leeftijd van de bolhoop, voegde Richer toe.
De jongere sterren hebben zwaardere elementen en meer helium dan hun oudere metgezellen, en hebben ook andere bewegingen dan de oudere sterren. Recent onderzoek met de Hubble Space Telescope heeft uitgewezen dat de oorspronkelijke populatie meer gecentreerd is in de bolvormige sterrenhoop, terwijl nieuwere sterren zich langzaam naar buiten verspreiden.
Elke bolvormige sterrenhoop beweegt als een geheel in zijn gaststelsel, maar binnen de sterrenhoop bewegen de sterren ook afzonderlijk en willekeurig – bijna als moleculen in een gas, aldus Richer. De individuele bewegingen van de sterren fungeren als een schild dat voorkomt dat ze uiteindelijk op elkaar botsen. De zwaartekracht werkt echter ook als lijm om te voorkomen dat de sterrenhoop uit elkaar vliegt.
Globulaire clusters roteren ook, maar niet zo sterk als een sterrenstelsel als de Melkweg. Dat komt omdat de oorspronkelijke gaswolk waaruit de clusters zijn ontstaan, ook niet zo snel roteerde, aldus Richer. Toch is er een lichte rotatie zichtbaar in de clusters omdat ze een beetje afgeplat zijn, waardoor de beweging zichtbaar wordt. Een typische rotatie is tussen de 5 en 10 kilometer per seconde (3 tot 6 mph). De Melkweg roteert daarentegen met 250 km/seconde.
Eerdere bevindingen
De eerste twee officieel ontdekte en benoemde clusters in het telescooptijdperk waren M22 (in Sagittarius, in 1665) en Omega Centauri in Centaurus, volgens Encyclopedia Britannica. Omega Centauri is net als M13 met het blote oog zichtbaar, maar werd pas als bolhoop geclassificeerd toen hij met een telescoop werd onderzocht.
M22 was niet alleen een opmerkelijke vondst vanwege de vroege ontdekking, maar ook vanwege de leeftijd van de sterren in de bolhoop. De sterren zijn tussen de 12 en 13 miljard jaar oud, wat volgens het Europees Ruimteagentschap betekent dat de bolhoop dicht bij de vorming van het heelal 13,8 miljard jaar geleden staat.
Het is niet zo verwonderlijk, want het is een van de helderste bolvormige sterrenhopen die vanaf het noordelijk halfrond te zien zijn, gelegen in het sterrenbeeld Boogschutter, dicht bij de Galactische Bulge – de dichte massa van sterren in het centrum van de Melkweg,” aldus de ESA.
Het is lastig om M13 met het blote oog te vinden, maar als de hemel bijzonder donker en helder is, is het mogelijk, schreef de ESA. Omega Centauri en M13 zijn allebei ontdekt door Edmund Halley in de 18e eeuw; Halley is vooral bekend als de astronoom die ontdekte dat de komeet van Halley periodiek terugkeert naar de aarde.
“Zoals Halley schreef: ‘Dit is maar een klein vlekje, maar het toont zichzelf aan het blote oog, als de hemel sereen is en de maan afwezig,'” schreef ESA. Eeuwen later was M13 ook het doelwit van de boodschap van de Arecibo radiotelescoop aan buitenaardsen in 1974.
In 1917 bestudeerde astronoom Harlow Shapley cepheïden, een bepaald soort veranderlijke sterren binnen elke sterrenhoop, en hij merkte op dat deze sterren een voorspelbare helderheid hebben, afhankelijk van de afstand tot de ontvanger. Hij was in staat om de afstanden tot deze sterren te berekenen, waaruit bleek dat het galactische centrum in het sterrenbeeld Sagitarrius ligt.
Shapley merkte ook op dat bolvormige sterrenhopen symmetrisch rond het melkwegstelsel zijn gerangschikt, maar dat ze gelijkmatig boven en onder het galactische vlak zijn gerangschikt, waardoor het lijkt alsof ze het vlak zelf vermijden.
Shapley’s model vergrootte het melkwegstelsel aanzienlijk en duwde het zonnestelsel – en de mensheid – verder van het centrum. Shapley geloofde echter dat het heelal “een enkele, enorme, allesomvattende eenheid” was, aldus het American Institute of Physics. Voortbouwend op Shapley’s onderzoek vond Edwin Hubble bolvormige sterrenhopen die nog verder weg lagen – tot wel tien keer verder – en die zich buiten de Melkweg bevonden, in andere sterrenstelsels. Toen Shapley het bewijs van Hubble onder ogen kreeg, was hij naar verluidt blij dat zijn theorieën werden weerlegd.
De bijdrage van de Hubble-ruimtetelescoop
De gelijknamige Hubble-ruimtetelescoop is bijzonder productief als het gaat om het bekijken van bolvormige sterrenhopen, omdat deze niet worden verduisterd door de aardatmosfeer. Doordat de sterren niet fonkelen, komen ze scherper in beeld. Dit maakt het gemakkelijker om hun afstand en eigenschappen te berekenen. Alleen al in één gebied van het sterrenbeeld Maagd, zo schreef de NASA in 2008 in een persbericht, heeft de telescoop meer dan 11.000 bolvormige sterrenhopen ontdekt.
Tegelijkertijd gaf de telescoop hints waarom M87 (dat in hetzelfde gebied ligt) meer sterrenhopen heeft dan men zou verwachten. Dit komt doordat M87 en soortgelijke clusters zijn ontstaan in zeer dichte gebieden van het heelal die gunstiger omstandigheden boden voor de geboorte van sterren, die plaatsvindt in gaswolken die nevels worden genoemd.
Hubble vernietigde ook een oude opvatting onder astronomen dat bolvormige sterrenhopen altijd sterren van ongeveer dezelfde leeftijd bevatten. De meest massieve bolvormige sterrenhopen grijpen waarschijnlijk al het materiaal aan dat zich in de buurt bevindt en baren nieuwe generaties sterren, schreef de NASA in een eerder persbericht.