Gromady kuliste są gęsto upakowanymi zbiorowiskami dawnych gwiazd. Mają one z grubsza kulisty kształt i zawierają setki tysięcy, a czasem miliony gwiazd. Ich badanie pomaga astronomom oszacować wiek wszechświata lub ustalić, gdzie znajduje się centrum galaktyki.
Według strony HyperPhysics Uniwersytetu Stanowego Georgii, w galaktyce Drogi Mlecznej znajduje się około 150 znanych gromad kulistych. Szacuje się, że większość z nich ma co najmniej 10 miliardów lat i zawiera jedne z najstarszych gwiazd w galaktyce. Gromady prawdopodobnie uformowały się bardzo wcześnie, zanim galaktyka spłaszczyła się w dysk spiralny.
Niektóre gromady kuliste, takie jak Messier 13 (M13) w gwiazdozbiorze Herkulesa, można dostrzec gołym okiem. Są ładne do oglądania, ale dopiero po wynalezieniu teleskopów zaczęły błyszczeć w kręgach astronomicznych. Dzięki teleskopom można było przyjrzeć się bliżej gwiazdom znajdującym się w tych gromadach. Są to głównie czerwone gwiazdy o niskiej masie i żółte gwiazdy o średniej masie – żadna z nich nie jest masywniejsza niż 0,8 masy Słońca, jak podaje HyperPhysics.
Kilka innych ogólnych obserwacji gromad kulistych, według Pennsylvania State University: znajdują się one w każdym kierunku na niebie, gęstość gwiazd w gromadzie kulistej jest znacznie większa niż gęstość gwiazd wokół Słońca, a gromady nie zawierają żadnego gazu. Obfitość pierwiastków cięższych od helu wynosi zaledwie od 1% do 10% obfitości tych samych pierwiastków na Słońcu.
Fizyka
Gromady kuliste powstały z gigantycznych obłoków molekularnych, czyli ogromnych mas gazu, które tworzą gwiazdy podczas zapadania się. Ponieważ obecnie dostępnych jest mniej wolnego gazu niż na początku wszechświata, gromady kuliste generalnie nie mogą się dziś tworzyć.
Jednakże w galaktyce znajdującej się w pobliżu Drogi Mlecznej, zwanej Wielkim Obłokiem Magellana, tworzy się gromada kulista. Dzieje się tak, ponieważ ma ona niezwykłą ilość gazu, powiedział portalowi Space.com Harvey Richer, astrofizyk z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej w Vancouver w Kanadzie.
Mimo że w gromadach kulistych można zaobserwować wiele generacji gwiazd, to kolejne generacje ewoluują z pierwszej. Pierwszy zestaw gwiazd pochłania większość gazu, a następnie, gdy umierają (miliony lat później) wyrzucają gaz. Oznacza to, że różnica wieku pomiędzy różnymi generacjami gromad gwiazd jest niewielka, mniejsza niż 1 procent wieku gromady kulistej, dodał Richer.
Młodsze gwiazdy mają cięższe pierwiastki i więcej helu niż ich starsi towarzysze, a także mają inne ruchy niż starsze gwiazdy. Ostatnie badania przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a ujawniły, że pierwotna populacja jest bardziej skupiona w gromadzie kulistej, podczas gdy nowsze gwiazdy powoli rozpraszają się na zewnątrz.
Każda gromada kulista porusza się jako całość w swojej galaktyce gospodarza, ale wewnątrz gromady gwiazdy poruszają się również indywidualnie i losowo – prawie jak cząsteczki w gazie, powiedział Richer. Indywidualne ruchy gwiazd działają jak tarcza, która powstrzymuje je przed ostatecznym zderzeniem się ze sobą. Jednak grawitacja również działa jak klej, który powstrzymuje gromadę gwiazd przed rozpadem.
Gromady kuliste również się obracają, ale nie tak bardzo jak galaktyki takie jak Droga Mleczna. Dzieje się tak dlatego, że pierwotny obłok gazu, z którego powstały gromady, również nie obracał się szybko, powiedział Richer. Jednakże, lekka rotacja jest widoczna w gromadach, ponieważ są one nieco spłaszczone, ukazując ruch. Typowa rotacja wynosi od 5 do 10 kilometrów na sekundę (3 do 6 mph). Dla porównania, Droga Mleczna obraca się z prędkością 250 km/s (155 mil/s).
Wczesne odkrycia
Pierwszymi dwoma oficjalnie odkrytymi i nazwanymi gromadami w erze teleskopów były M22 (w Strzelcu, w 1665 roku) oraz Omega Centauri w Centaurze, według Encyklopedii Britannica. Podobnie jak M13, Omega Centauri jest również widoczna gołym okiem, ale nie została sklasyfikowana jako gromada kulista, dopóki nie została zbadana przez teleskop.
M22 była godnym uwagi znaleziskiem nie tylko ze względu na jej wczesne odkrycie, ale również na wiek gwiazd w niej zawartych. Wiek gwiazd waha się od 12 do 13 miliardów lat, co według Europejskiej Agencji Kosmicznej datuje ją na czas powstania wszechświata, czyli 13,8 miliarda lat temu.
„Nie jest to aż tak zaskakujące, ponieważ jest to jedna z najjaśniejszych gromad kulistych widocznych z półkuli północnej, znajdująca się w gwiazdozbiorze Strzelca, w pobliżu Wybrzuszenia Galaktycznego – gęstej masy gwiazd w centrum Drogi Mlecznej”, według ESA.
Znalezienie M13 gołym okiem jest trudne, ale jeśli niebo jest szczególnie ciemne i czyste, jest to możliwe, napisała ESA. Zarówno Omega Centauri jak i M13 zostały odkryte przez Edmunda Halleya w XVIII wieku; Halley jest najbardziej znany jako astronom, który odkrył, że Kometa Halleya powraca na Ziemię okresowo.
„Jak napisał Halley: 'To jest tylko mała Łata, ale ukazuje się gołym okiem, gdy niebo jest pogodne, a Księżyc nieobecny'” – napisała ESA. Wieki później, M13 była również celem przesłania przez radioteleskop Arecibo do istot pozaziemskich w 1974 r.
W 1917 r. astronom Harlow Shapley, badając cefeidy, pewien rodzaj gwiazd zmiennych w każdej gromadzie, zauważył, że gwiazdy te świecą z przewidywalną jasnością zależną od odległości od odbiornika. Był on w stanie obliczyć odległości do tych gwiazd, co ujawniło, że centrum galaktyki znajduje się w gwiazdozbiorze Sagitarriusa.
Shapley zauważył również, że gromady kuliste są rozmieszczone symetrycznie wokół galaktyki, ale były one rozmieszczone równo powyżej i poniżej płaszczyzny galaktyki, zdając się unikać samej płaszczyzny.
Model Shapleya znacznie zwiększył rozmiar galaktyki i odsunął Układ Słoneczny – oraz ludzkość – dalej od centrum. Jednak Shapley wierzył, że wszechświat jest „pojedynczą, ogromną, wszechogarniającą jednostką”, według Amerykańskiego Instytutu Fizyki. Opierając się na badaniach Shapleya, Edwin Hubble znalazł gromady kuliste, które były jeszcze bardziej odległe – aż 10 razy bardziej – i które leżały poza Drogą Mleczną, w innych galaktykach. Przedstawiając dowody Hubble’a, Shapley podobno ucieszył się, że jego teorie zostały obalone.
Wkład Hubble’a
Nazwisko Kosmicznego Teleskopu Hubble’a było szczególnie produktywne, jeśli chodzi o przyglądanie się gromadom kulistym, ponieważ nie są one przesłonięte przez ziemską atmosferę. Przy braku migotania gwiazd, gwiazdy są lepiej widoczne. Ułatwia to obliczanie ich odległości i własności. W jednym tylko obszarze konstelacji Panny, NASA napisała w komunikacie z 2008 roku, teleskop ujawnił ponad 11 000 gromad kulistych.
W tym samym czasie teleskop dał wskazówki, dlaczego M87 (która jest osadzona w tym samym regionie) ma więcej gromad gwiazd niż można by się spodziewać. Dzieje się tak dlatego, że M87 i podobne jej gromady powstały w bardzo gęstych obszarach Wszechświata, które zapewniały korzystniejsze warunki do narodzin gwiazd, co ma miejsce w obłokach gazu zwanych mgławicami.
Hubble zniszczył również długoletnie przekonanie astronomów, że gromady kuliste zawsze zawierają gwiazdy w tym samym wieku. Najbardziej masywne gromady kuliste prawdopodobnie chwytają się każdej materii, która znajduje się w pobliżu i rodzą nowe pokolenia gwiazd, napisała NASA w wydanym wcześniej komunikacie.