Звездные скопления
Jan. 26th, 2021 10:50 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
atandakil_gunzeПод звездными скоплениями (star clusters) подразумевается две совершенно разнородные группы объектов - рассеянные звездные скопления (open clusters) и шаровые звездные скопления (globular clusters).
Рассеянное скопление - это потомок большого (массой от тысяч и десятков тысяч до, ориентировочно, миллиона солнечных масс) сгущения межзвездного газа - гигантского молекулярного облака - которое в какой-то момент времени начало под действием собственной гравитации и, возможно, внешних воздействий, сжиматься и коллапсировать на фрагменты, сформировав область звездообразования. Такие области звездообразования хорошо видны на инфракрасных фотографиях галактик в виде ярких бусинок, как правило, обрамляющих рукава спиральных галактик (именно там по большей части такие облака сжимаются и коллапсируют).
Вот они, пурпурные бусинки.
А поближе область звездообразования в разгаре своей деятельности выглядит так: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/10836.html
После того, как часть материала облака из сжимающихся фрагментов сформировала звезды, большая часть разлетается по пространству, рассеянная лучевым давлением вновь сформировавшихся звезд, а также, возможно, взрывами сверхновых от тех из звезд, которые уродились большими и успели проэволюционировать и взорваться, пока процессы сжатия облака и звездообразования продолжаются (и обратите внимание - кпд использования материала при этом - не выше, чем у паровоза: подчас на звездообразование используется менее десяти процентов исходного газа, остальное рассеивается). А от бывшего облака остается группа звезд суммарной массой от нескольких сотен или тысяч до нескольких десятков (очень редко - немногих сотен) тысяч солнечных масс, связанных общностью происхождения, времени рождения и химического состава - рассеянное скопление. При этом группа получается относительно рыхлой, то есть, гравитационно несвязанной, так что благодаря собственным движениям ее членов и внешнему воздействию она постепенно "размывается" - и через несколько десятков миллионов лет входящие в нее звезды разбредаются по пространству, теряясь среди звезд иного происхождения. А через несколько сотен миллионов лет узнать членов бывшего рассеянного скопления можно только по равному возрасту и примерно одинаковой металличности.
В противоположность этому, шаровое скопление - это плотная (плотность расположения звезд может превосходить плотность расположения звезд в наших окрестностях на три порядка. А может - и на пять. Представляете красоту звездного неба в тех краях?), гравитационно связанная и имеющая благодаря этому примерно сферическую форму большая (десятки и сотни тысяч, иногда, более миллиона солнечных масс) группа звезд, являющаяся устойчивой (благодаря гравитационной связи) в течение миллиардов лет. Как правило, шаровые скопления очень стары, возраст их может превосходить возраст галактики, в которой они обитают, и, соответственно, состоят из старых низкометалличных тусклых красных звезд (большие по размеру звезды в них давно умерли). Хотя изредка бывают исключения - более молодые и даже относительно недавно сформированные шаровые скопления.
В Млечном пути, как и в других аналогичных галактиках, шаровые скопления располагаются независимо от диска, входя в состав сферической компоненты галактики (а рассеянные скопления, разумеется, образуются в диске).
Выглядят они в большом разрешении красиво:
От карликовой галактики отличить шаровое скопление очень просто (теоретически) - нужно только измерить скорости составляющих скопление звезд и их орбитальные компоненты и рассчитать, определяются ли они только гравитационным взаимодействием с остальными звездами скопления. Если да (то есть, если полная масса скопления равна сумме масс его звезд), то это - шаровое звездное скопление. Если же совсем нет (то есть, полная масса скопления заметно выше массы составляющих его звезд), то по определению, это - галактика. Дело это, в принципе, нехитрое, but the process is tedious (c).
Замечу также, что большинство карликовых галактик отличить от шарового скопления можно с первого взгляда (на фотографию, разумеется). Карликовые галактики, как и прочие галактики, редко имеют правильную сферическую форму. Их форма задается формой фрейма темной материи, в котором сосредоточена большая часть галактики - а тот в силу бесстолкновительного характера темной материи и ее достаточно высокой температуры может сохранять неправильную форму, близкую к трехосному эллипсоиду, в течение многих миллиардов лет. А масса шаровых скоплений задается только массой их звезд, так что они под действием собственной гравитации достаточно быстро примут сферическую форму, даже если изначально их форма была неправильной.
Стоит заметить, что происхождение шаровых скоплений до конца непонятно. Идей было (и остается) много, куда больше, чем подтверждений. Впрочем, наиболее перспективный механизм, который прекрасно объясняет недавно упоминавшийся мной мистический феноменологически определенный закон, по которому полная масса галактики в единицах массы Солнца равняется количеству шаровых скоплений галактики, умноженному на пять миллиардов, выглядит следующим образом.
Представим себе два сгущения темной материи - то ли отдельно существующих, то ли уже вошедших в состав темного гало галактики.
Разумеется, они не будут бродить по пространству совсем уж одиноко - их гравитация подтянет к ним газ (особенно, если речь идет о древних временах, двенадцать-тринадцать миллиардов лет назад, когда этого газа было еще много (звезд, рожденных из него, в Вселенной еще было мало), да и места во Вселенной было куда меньше, чем сейчас - она же расширяется!
И в результате в пространстве будут летать два более или менее плотных газовых облака (точнее сказать, два газовых сгустка), сформированных сгущениями темной материи.
А теперь давайте представим себе, что будет, когда эти два сгустка столкнутся.
С темной материей в сгустках, разумеется, ничего не произойдет - она бесстолкновительная, и взаимодействует только гравитацией. Поэтому два сгущения темной материи пройдут друг сквозь друга, оставшись друг для друга практически незамеченными (теоретически, конечно, cлегка деформированными гравитацией видимой материи сгущений) и разойдутся. А вот газ так не умеет - два облака газа столкнутся со сверхзвуковой скоростью, взаимодействуя друг с другом. В результате облака газа сожмутся, сольются, нагреются до высоких скоростей, затормозятся и "оторвутся" от улетевших сгустков темной материи, которые их и породили.
Кстати, ничего не напоминает? Похожие процессы (в куда больших, грандиозных масштабах) происходят у нас на глазах при столкновениях скоплений галактик. см. https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/46043.html
Результат окажется, как показывает моделирование, интересным. При достаточной массе, порядка ста тысяч солнечных и выше, такое горячее плотное облако газа, образованное при столкновении, быстро остывает за счет излучения, не успев рассеяться, после чего начинает сжиматься, продолжая при этом остывать, а дальше фрагментировать на звезды. И расчет показывает, что это будет длиться очень недолго - с характерным временем порядка десятков миллионов лет. И в результате сгущения темной материи улетают, а на месте столкновения остается плотное шаровое (приобретшее эту форму за счет гравитации) скопление звезд.
Кстати, модель замечательно объясняет еще одну загадку шаровых скоплений.
Не так давно на основе анализа сорока тщательно измеренных профилей дисперсии скоростей для шаровых звездных скоплений (зависимости скорости звезд от радиуса, на котором они находятся в скоплении, то есть, от их расстояния до центра скопления) было установлено, что скорости вращения скоплений пропорциональны их массе в степени 0,3 (точнее говоря, 0,3±0,051),
Получив такой результат, исследователи (и те, кто прочитал их исследование) в свое время захотели протереть глаза. Или попросить кого-нибудь ущипнуть их побольнее, чтобы проснуться. Поняли, почему? Если не поняли - прочитайте https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/13801.html - и попросите ущипнуть уже себя. Это же практически соотношение Талли-Фишера!!! Только шаровые скопления - это все же не спиральные галактики, и темной материи в них нет! И технически, расчет динамики вещества, собранного в сферу, дает степень 0,25, но не 0,3, что Вам любая эллиптическая галактика, вращающаяся по закону Фабер-Джексона (см. там же) подтвердит.
Впору было в альтернативные теории гравитации поверить - но и они настаивают на степени 0,25. А вот описанный сценарий формирования шаровых скоплений даже эту загадку решает.
Рассеянное скопление - это потомок большого (массой от тысяч и десятков тысяч до, ориентировочно, миллиона солнечных масс) сгущения межзвездного газа - гигантского молекулярного облака - которое в какой-то момент времени начало под действием собственной гравитации и, возможно, внешних воздействий, сжиматься и коллапсировать на фрагменты, сформировав область звездообразования. Такие области звездообразования хорошо видны на инфракрасных фотографиях галактик в виде ярких бусинок, как правило, обрамляющих рукава спиральных галактик (именно там по большей части такие облака сжимаются и коллапсируют).
Вот они, пурпурные бусинки.
А поближе область звездообразования в разгаре своей деятельности выглядит так: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/10836.html
После того, как часть материала облака из сжимающихся фрагментов сформировала звезды, большая часть разлетается по пространству, рассеянная лучевым давлением вновь сформировавшихся звезд, а также, возможно, взрывами сверхновых от тех из звезд, которые уродились большими и успели проэволюционировать и взорваться, пока процессы сжатия облака и звездообразования продолжаются (и обратите внимание - кпд использования материала при этом - не выше, чем у паровоза: подчас на звездообразование используется менее десяти процентов исходного газа, остальное рассеивается). А от бывшего облака остается группа звезд суммарной массой от нескольких сотен или тысяч до нескольких десятков (очень редко - немногих сотен) тысяч солнечных масс, связанных общностью происхождения, времени рождения и химического состава - рассеянное скопление. При этом группа получается относительно рыхлой, то есть, гравитационно несвязанной, так что благодаря собственным движениям ее членов и внешнему воздействию она постепенно "размывается" - и через несколько десятков миллионов лет входящие в нее звезды разбредаются по пространству, теряясь среди звезд иного происхождения. А через несколько сотен миллионов лет узнать членов бывшего рассеянного скопления можно только по равному возрасту и примерно одинаковой металличности.
В противоположность этому, шаровое скопление - это плотная (плотность расположения звезд может превосходить плотность расположения звезд в наших окрестностях на три порядка. А может - и на пять. Представляете красоту звездного неба в тех краях?), гравитационно связанная и имеющая благодаря этому примерно сферическую форму большая (десятки и сотни тысяч, иногда, более миллиона солнечных масс) группа звезд, являющаяся устойчивой (благодаря гравитационной связи) в течение миллиардов лет. Как правило, шаровые скопления очень стары, возраст их может превосходить возраст галактики, в которой они обитают, и, соответственно, состоят из старых низкометалличных тусклых красных звезд (большие по размеру звезды в них давно умерли). Хотя изредка бывают исключения - более молодые и даже относительно недавно сформированные шаровые скопления.
В Млечном пути, как и в других аналогичных галактиках, шаровые скопления располагаются независимо от диска, входя в состав сферической компоненты галактики (а рассеянные скопления, разумеется, образуются в диске).
Выглядят они в большом разрешении красиво:
От карликовой галактики отличить шаровое скопление очень просто (теоретически) - нужно только измерить скорости составляющих скопление звезд и их орбитальные компоненты и рассчитать, определяются ли они только гравитационным взаимодействием с остальными звездами скопления. Если да (то есть, если полная масса скопления равна сумме масс его звезд), то это - шаровое звездное скопление. Если же совсем нет (то есть, полная масса скопления заметно выше массы составляющих его звезд), то по определению, это - галактика. Дело это, в принципе, нехитрое, but the process is tedious (c).
Замечу также, что большинство карликовых галактик отличить от шарового скопления можно с первого взгляда (на фотографию, разумеется). Карликовые галактики, как и прочие галактики, редко имеют правильную сферическую форму. Их форма задается формой фрейма темной материи, в котором сосредоточена большая часть галактики - а тот в силу бесстолкновительного характера темной материи и ее достаточно высокой температуры может сохранять неправильную форму, близкую к трехосному эллипсоиду, в течение многих миллиардов лет. А масса шаровых скоплений задается только массой их звезд, так что они под действием собственной гравитации достаточно быстро примут сферическую форму, даже если изначально их форма была неправильной.
Стоит заметить, что происхождение шаровых скоплений до конца непонятно. Идей было (и остается) много, куда больше, чем подтверждений. Впрочем, наиболее перспективный механизм, который прекрасно объясняет недавно упоминавшийся мной мистический феноменологически определенный закон, по которому полная масса галактики в единицах массы Солнца равняется количеству шаровых скоплений галактики, умноженному на пять миллиардов, выглядит следующим образом.
Представим себе два сгущения темной материи - то ли отдельно существующих, то ли уже вошедших в состав темного гало галактики.
Разумеется, они не будут бродить по пространству совсем уж одиноко - их гравитация подтянет к ним газ (особенно, если речь идет о древних временах, двенадцать-тринадцать миллиардов лет назад, когда этого газа было еще много (звезд, рожденных из него, в Вселенной еще было мало), да и места во Вселенной было куда меньше, чем сейчас - она же расширяется!
И в результате в пространстве будут летать два более или менее плотных газовых облака (точнее сказать, два газовых сгустка), сформированных сгущениями темной материи.
А теперь давайте представим себе, что будет, когда эти два сгустка столкнутся.
С темной материей в сгустках, разумеется, ничего не произойдет - она бесстолкновительная, и взаимодействует только гравитацией. Поэтому два сгущения темной материи пройдут друг сквозь друга, оставшись друг для друга практически незамеченными (теоретически, конечно, cлегка деформированными гравитацией видимой материи сгущений) и разойдутся. А вот газ так не умеет - два облака газа столкнутся со сверхзвуковой скоростью, взаимодействуя друг с другом. В результате облака газа сожмутся, сольются, нагреются до высоких скоростей, затормозятся и "оторвутся" от улетевших сгустков темной материи, которые их и породили.
Кстати, ничего не напоминает? Похожие процессы (в куда больших, грандиозных масштабах) происходят у нас на глазах при столкновениях скоплений галактик. см. https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/46043.html
Результат окажется, как показывает моделирование, интересным. При достаточной массе, порядка ста тысяч солнечных и выше, такое горячее плотное облако газа, образованное при столкновении, быстро остывает за счет излучения, не успев рассеяться, после чего начинает сжиматься, продолжая при этом остывать, а дальше фрагментировать на звезды. И расчет показывает, что это будет длиться очень недолго - с характерным временем порядка десятков миллионов лет. И в результате сгущения темной материи улетают, а на месте столкновения остается плотное шаровое (приобретшее эту форму за счет гравитации) скопление звезд.
Кстати, модель замечательно объясняет еще одну загадку шаровых скоплений.
Не так давно на основе анализа сорока тщательно измеренных профилей дисперсии скоростей для шаровых звездных скоплений (зависимости скорости звезд от радиуса, на котором они находятся в скоплении, то есть, от их расстояния до центра скопления) было установлено, что скорости вращения скоплений пропорциональны их массе в степени 0,3 (точнее говоря, 0,3±0,051),
Получив такой результат, исследователи (и те, кто прочитал их исследование) в свое время захотели протереть глаза. Или попросить кого-нибудь ущипнуть их побольнее, чтобы проснуться. Поняли, почему? Если не поняли - прочитайте https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/13801.html - и попросите ущипнуть уже себя. Это же практически соотношение Талли-Фишера!!! Только шаровые скопления - это все же не спиральные галактики, и темной материи в них нет! И технически, расчет динамики вещества, собранного в сферу, дает степень 0,25, но не 0,3, что Вам любая эллиптическая галактика, вращающаяся по закону Фабер-Джексона (см. там же) подтвердит.
Впору было в альтернативные теории гравитации поверить - но и они настаивают на степени 0,25. А вот описанный сценарий формирования шаровых скоплений даже эту загадку решает.
