Globulära kluster är tätt packade samlingar av gamla stjärnor. De är ungefär sfäriska till formen och innehåller hundratusentals, och ibland miljontals, stjärnor. Att studera dem hjälper astronomer att uppskatta universums ålder eller ta reda på var centrum av en galax ligger.
Det finns omkring 150 kända klotformiga kluster i Vintergatan, enligt Georgia State Universitys webbplats HyperPhysics. De flesta uppskattas vara minst 10 miljarder år gamla och innehåller några av de äldsta stjärnorna i galaxen. Klustren bildades troligen mycket tidigt, innan galaxen plattades till en spiralformad skiva.
Vissa klotformiga kluster, som Messier 13 (M13) i stjärnbilden Herkules, kan ses med blotta ögat. De är vackra att titta på, men det var först efter att teleskopen uppfanns som de började glänsa i astronomiska kretsar. Med teleskop var det möjligt att titta närmare på stjärnorna i dessa stjärnhopar. De är mestadels röda stjärnor med låg massa och gula stjärnor med medelhög massa – ingen av dem är mer massiv än 0,8 solmassor, enligt HyperPhysics.
Några andra allmänna observationer av klotformiga kluster, enligt Pennsylvania State University: de finns i alla riktningar på himlen, tätheten av stjärnor i ett klotformigt kluster är mycket större än tätheten av stjärnor runt solen, och det har visat sig att klustren inte innehåller någon gas. Förekomsten av alla grundämnen som är tyngre än helium är endast 1 procent till 10 procent av förekomsten av samma grundämnen i solen.
Fysik
Globulära kluster bildades från jättelika molekylmoln, eller enorma gasmassor som bildar stjärnor när de kollapsar. Eftersom det finns mindre fri gas tillgänglig nu än i början av universum kan globulära kluster i allmänhet inte bildas idag.
Det finns dock ett globulärt kluster som bildas i en galax nära Vintergatan som kallas Stora magellanska molnet. Detta beror på att den har en ovanlig mängd gas, säger Harvey Richer, astrofysiker vid University of British Columbia i Vancouver, Kanada, till Space.com.
Och även om man kan se flera generationer av stjärnor i klotformiga kluster är det som händer att de efterföljande generationerna utvecklas från den första. Den första uppsättningen stjärnor slukar det mesta av gasen och när de dör (miljontals år senare) kastar de ut gasen. Detta innebär att åldersskillnaden mellan olika generationer av stjärnkluster är liten, mindre än 1 procent av klotets ålder, tillade Richer.
De yngre stjärnorna har tyngre grundämnen och mer helium än sina äldre följeslagare, och de har också andra rörelser än de äldre stjärnorna. Ny forskning med rymdteleskopet Hubble visade att den ursprungliga populationen är mer centrerad i klotet, medan nyare stjärnor sakta sprider sig utåt.
Varje klotkluster rör sig som en helhet i sin värdgalax, men inom klustret rör sig stjärnorna också individuellt och slumpmässigt – nästan som molekyler i en gas, sade Richer. Stjärnornas individuella rörelser fungerar som en sköld som hindrar dem från att så småningom krascha in i varandra. Gravitationen fungerar dock också som ett lim som hindrar stjärnklustret från att flyga isär.
Globulära kluster roterar också, men inte lika mycket som en galax som till exempel Vintergatan. Det beror på att det ursprungliga gasmoln som klustren skapades av inte heller roterade snabbt, säger Richer. En liten rotation är dock uppenbar i klustren eftersom de är lite tillplattade, vilket visar rörelsen. En typisk rotation är mellan 5 och 10 kilometer per sekund (3 till 6 mph). Vintergatan däremot roterar med 250 km/sekund (155 miles/sekund).
Förra fynd
De två första officiellt upptäckta och namngivna kluster i teleskopåldern var M22 (i Skytten, 1665) och Omega Centauri i Centaurus, enligt Encyclopedia Britannica. Liksom M13 är Omega Centauri också synlig för blotta ögat, men klassificerades inte som en klotformig hop förrän den undersöktes i teleskop.
M22 var ett anmärkningsvärt fynd, inte bara för sin tidiga upptäckt, utan också för åldern på stjärnorna i den. Stjärnorna är mellan 12 miljarder och 13 miljarder år gamla, vilket daterar den nära universums bildning för 13,8 miljarder år sedan, enligt Europeiska rymdorganisationen.
” är inte så överraskande eftersom det är en av de ljusaste globulära kluster som är synliga från norra halvklotet, belägen i stjärnbilden Skytten, nära den galaktiska Bulgen – den täta massan av stjärnor i Vintergatans centrum”, enligt ESA.
Det är knepigt att hitta M13 med blotta ögat, men om himlen är särskilt mörk och klar är det möjligt, skriver ESA. Omega Centauri och M13 upptäcktes båda av Edmund Halley på 1700-talet. Halley är mest känd som den astronom som kom på att Halleys komet återvänder till jorden med jämna mellanrum.
”Som Halley skrev: ’Detta är bara en liten fläck, men den visar sig själv med blotta ögat när himlen är lugn och månen frånvarande'”, skrev ESA. Århundraden senare var M13 också målet för Arecibo-radioteleskopets meddelande till utomjordingar 1974.
År 1917 studerade astronomen Harlow Shapley cepheider, en viss typ av variabla stjärnor inom varje kluster, och noterade att dessa stjärnor lyser med en förutsägbar ljusstyrka beroende på avståndet från mottagaren. Han kunde beräkna avstånden till dessa stjärnor, vilket avslöjade att det galaktiska centrumet ligger i stjärnbilden Sagitarrius.
Shapley noterade också att klotformiga kluster är symmetriskt arrangerade runt galaxen, men att de var arrangerade lika mycket ovanför och under det galaktiska planet, och tycktes undvika själva planet.
Shapleys modell ökade kraftigt galaxens storlek och sköt solsystemet – och mänskligheten – längre bort från centrum. Shapley trodde dock att universum var ”en enda, enorm, allomfattande enhet”, enligt American Institute of Physics. Med utgångspunkt i Shapleys forskning hittade Edwin Hubble klotformiga kluster som var ännu mer avlägsna – så mycket som tio gånger längre bort – och som låg bortom Vintergatan, i andra galaxer. När Shapley fick ta del av Hubbles bevis var han enligt uppgift glad över att se sina teorier vederlagda.
Hubbles bidrag
Rymdteleskopet Hubble, som bär namnet Hubble Space Telescope, har varit särskilt produktivt när det gäller att titta på klotformiga stjärnhopar, eftersom de inte skyms av jordens atmosfär. Med en avsaknad av stjärnornas blinkande kommer stjärnorna i skarpare syn. Detta gör det lättare att beräkna deras avstånd och egenskaper. Bara i ett område av Virgo-konstellationen, skrev NASA i ett meddelande 2008, avslöjade teleskopet mer än 11 000 klotformiga stjärnhopar.
Teleskopet gav samtidigt ledtrådar till varför M87 (som är inbäddad i samma område) har fler stjärnhopar än vad man skulle kunna vänta sig. Detta beror på att M87 och liknande kluster skapades i mycket täta områden i universum som gav mer gynnsamma förutsättningar för stjärnfödelse, vilket sker i gasmoln som kallas nebulosor.
Hubble förstörde också en långvarig föreställning bland astronomer om att klotformiga kluster alltid innehåller stjärnor med ungefär samma ålder. De mest massiva klotformiga klustren tar troligen tag i allt material som finns i närheten och föder nya generationer av stjärnor, skriver NASA i ett tidigare meddelande.