Το σφαιρωτό σμήνος 47 του νότιου αστερισμού Τουκάν

Πηγή: ESO, 12 Ιουνίου 2006

Ένα από τα μεγαλύτερα και πιο φωτεινά σμήνη άστρων στον ουρανό είναι το 47 Τουκάν (Tucanae), που βρίσκεται στο νότιο αστερισμό του Τουκάν. Τοποθετημένο περίπου σε απόσταση 16.000 έτη φωτός μακριά μας, αυτό το σφαιρωτό σμήνος (γιατί τα άστρα σχηματίζουν μία σφαίρα) έχει περιεχόμενο σε μάζα 1 εκατομμύριο φορές τη μάζα του ήλιού μας, με διάμετρο 120 έτη φωτός. Τα αστέρια στο σμήνος είναι τόσο πυκνά, που κατά μέσο όρο απέχουν μόνο το 1/10 του ενός έτους φωτός, περίπου το μέγεθος του ηλιακού συστήματος. Αυτή η φωτογραφία λήφθηκε χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητήριου.

Το σφαιρωτό σμήνος 47 Tucanae όπως τραβήχτηκε το 2001 με το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο της ESO. Η εικόνα καλύπτει μόνο το πυκνότερο, κεντρικό μέρος του σμήνους. Το σμήνος επεκτείνεται στην πραγματικότητα τέσσερις φορές πιο πέρα! Όπως μπορεί να φανεί εντούτοις, η πυκνότητα των άστρων μειώνεται γρήγορα με την απόσταση από το κέντρο. Οι ερυθροί γίγαντες, τα άστρα που έχουν καταναλώσει όλο το υδρογόνο στον πυρήνα τους και έχει αυξηθεί σε μέγεθος, είναι ιδιαίτερα εύκολο να βρεθούν. Σε αυτό οι αστρονόμοι είδαν είκοσι τουλάχιστον άστρα νετρονίων που περιστρέφονται με μεγάλες ταχύτητες και είναι αποτέλεσμα αστρικών συγκρούσεων λόγω της μικρής μέσης απόστασης των άστρων του σμήνους.

Ο νότιος αστερισμός Tucana είναι πιθανώς γνωστός ως η τοποθεσία του Μικρού Νέφους του Μαγγελάνου, ένας από τους δορυφορικούς γαλαξίες του Γαλαξία. Αλλά ο Tucana επίσης φιλοξενεί ένα άλλο διάσημο αντικείμενο που λάμπει σαν να ανάβουν χιλιάδες φώτα, όπως ένα θαυμάσιο, μεγάλου μεγέθους διαμάντι στον ουρανό: το σφαιρωτό σμήνος 47 Tucanae. Το σμήνος αυτό ξεπερνιέται σε μέγεθος και σε φωτεινότητα μόνο από ένα άλλο σφαιρωτό σμήνος, το Ωμέγα του Κενταύρου.

Τα σφαιρωτά σμήνη είναι γιγάντιες οικογένειες άστρων, περιλαμβάνοντας αρκετές δεκάδες χιλιάδων άστρων, που όλα τους πιθανά να είναι γεννημένα συγχρόνως από το ίδιο νέφος του αερίου. Υπό αυτήν τη μορφή, αποτελούν τα μοναδικά εργαστήρια για να μελετήσουμε το πώς εξελίσσονται και αλληλεπιδρούν τα αστέρια. Αυτά δε τα άστρα στο σμήνος είναι ακόμα πιο ενδιαφέροντα, επειδή βρίσκονται στην ίδια απόσταση, κι έτσι η φωτεινότητα των διαφορετικών τύπων άστρων, στα διαφορετικά στάδια της εξέλιξής τους μπορεί να συγκριθεί με άμεσο τρόπο.

Τα αστέρια στα σφαιρωτά σμήνη διατηρούνται σε συνοχή λόγω της αμοιβαίας βαρυτικής τους έλξης που τους δίνει τη σφαιρική μορφή τους και από εκεί και το όνομά τους. Τα σφαιρωτά σμήνη είναι πιθανά μεταξύ των παλαιότερων αντικειμένων στο Γαλαξία μας, και περιέχουν επομένως κυρίως παλαιά και μικρής μάζας αστέρια.

Το σφαιρωτό σμήνος 47 Tucanae είναι εντυπωσιακό γιατί είναι ορατό με το μάτι από το νότιο ημισφαίριο. Ανακαλύφθηκε το 1751 από το γάλλο αστρονόμο Nicholas Louis δε Lacaille που τον καταχώρησε στον κατάλογο των νότιων νεφελωδών αντικειμένων του. Τοποθετημένο περίπου σε 16.000 έτη φωτός μακριά και στον ουρανό φαίνεται τόσο μεγάλο όσο το γεμάτο φεγγάρι.

Στο 47 Tucanae τα άστρα είναι πολύ πυκνά τοποθετημένα και για σύγκριση, το πιο κοντινό αστέρι στον ήλιό μας, το Εγγύς του Κενταύρου, απέχει τέσσερα έτη φωτός μακριά. Αυτή η υψηλή πυκνότητα προκαλεί τη σύγκρουση πολλών άστρων, ή κάποια άστρα να αποκτήσουν ένα ταίρι, να γίνουν δηλαδή δυαδικά συστήματα ή μερικά να ανταλλάξουν ακόμα και συντρόφους. Αυτές οι δυναμικές διαδικασίες είναι η αιτία της προέλευσης πολλών εξωτικών αντικειμένων, που βρίσκονται στη σμήνος. βρίσκονται στη δυσάρεστη θέση να συγκρουστούν μεταξύ τους. Αν συγκρουστούν μπορούν να σχηματίσουν ένα νέο και πιο γιγάντιο άστρο που μοιάζει κατά κάποιον τρόπο με ένα νεογέννητο μπλε γίγαντα.

Κατά συνέπεια, το 47 Tuc περιέχουν τουλάχιστον 20 πάλσαρ με περίοδο είκοσι χιλιοστά του δευτερολέπτου, δηλ. αστέρια νετρονίων που περιστρέφονται εξαιρετικά γρήγορα γύρω από τον άξονά τους, μερικές εκατοντάδες χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο. Τέτοια ιδιαίτερα αντικείμενα θεωρούνται γενικά πως έχουν ένα σύντροφο άστρο από τα οποία λαμβάνουν ύλη.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble πρόσφατα επίσης εξέτασε στο σφαιρωτό σμήνος 47 Tuc πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά πολύ κοντά στα γονικά τους αστέρια. Αυτό το πείραμα έδειξε ότι καυτοί πλανήτες της τάξης του Δία πρέπει να είναι πολύ λιγότερο συνηθισμένοι στο 47 Tucanae, απ' ό,τι γύρω από αστέρια στη γειτονιά του ήλιου. Αυτό μπορεί να μας λέει είτε ότι το πυκνό περιβάλλον του σμήνους είναι 'ανθυγιεινό΄ για τέτοιους κοντινούς πλανήτες, είτε ότι ο σχηματισμός των πλανητών είναι μια διαφορετική ιστορία σήμερα από αυτό που ήταν πολύ νωρίς στην ιστορία του Γαλαξία μας.

Τα σφαιρωτά σμήνη

Ένα τέτοιο σφαιρωτό σμήνος σαν το 47 Tuc δεν είναι κάτι το σπάνιο αφού τα τελευταία χρόνια έχουμε διαπιστώσει ότι, αν και αρκετά άστρα γεννώνται μεμονωμένα, εντούτοις τα περισσότερα άστρα δημιουργούνται κατά ομάδες σχηματίζοντας σμήνη άστρων.

Όταν ο Γαλαξίας μας ήταν ακόμη νέος και το διαθέσιμο υδρογόνο που είχε υπήρχε σε τεράστιες ποσότητες διασκορπισμένο τριγύρω, τα πρωταρχικά του νεφελώματα δημιούργησαν δεκάδες χιλιάδες άστρα ταυτόχρονα σχηματίζοντας έτσι τα σφαιρωτά σμήνη που καθένα τους περιλαμβάνει εκατοντάδες χιλιάδες άστρα. Τα σφαιρωτά σμήνη περιλαμβάνουν τα πιο ηλικιωμένα άστρα του Γαλαξία μας με ηλικία που ξεπερνάει τα δέκα δισεκατομμύρια χρόνια.

Όλα τους βρίσκονται αρκετές χιλιάδες έτη φωτός πάνω ή κάτω από τον γαλαξιακό δίσκο και είναι πολύ πιο ηλικιωμένα απ ό,τι οι γαλαξιακοί βραχίονες. Σήμερα έχουν καταγραφεί 150 παρόμοια αστρικά σμήνη μερικά από τα οποία περιλαμβάνονται στον κατάλογο του Γάλλου αστρονόμου Σαρλ Mεσιέ.

Στον αστερισμό του Ηρακλή, για παράδειγμα, και σε απόσταση 20.000 ετών φωτός από τη Γη βρίσκεται το M-13, το ομορφότερο ίσως απ όλα τα σφαιρωτά σμήνη. Αποτελείται από τουλάχιστον 100.000 άστρα σε μια έκταση που φτάνει τα 150 έτη φωτός. Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον Έντμουντ Χάλεϊ το 1714 και έκτοτε δεν έχει πάψει να μαγεύει τους τηλεσκοπικούς του παρατηρητές.

Στον ίδιο αστερισμό βρίσκουμε και ένα δεύτερο πλούσιο σφαιρωτό σμήνος (M-92) που βρίσκεται σε απόσταση 35.000 ετών φωτός και παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1777.

Πολλά όμως από τα σφαιρωτά σμήνη βρίσκονται στον αστερισμό του Tοξότη, μεταξύ των οποίων το M-22 σε απόσταση 10.000 ετών φωτός που παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1665, και είναι λαμπρότερο ακόμη και από το M-13.

Μια μελέτη 83.000 άστρων στην καρδιά του σφαιρωτού σμήνους M-22 στον Tοξότη (σε απόσταση 8.500 ετών φωτός από τη Γη) για την αναζήτηση εξωηλιακών πλανητών απέδωσε θετικά αποτελέσματα και υπολογίζεται ότι το 10% των υλικών του σμήνους αποτελούνται από πλανητικά αντικείμενα.

Αντίθετα μια άλλη ομάδα αστρονόμων που διερεύνησε την καρδιά του σφαιρωτού σμήνους 47 Tucanae, είχε τελείως αρνητικά αποτελέσματα. Μια εξήγηση είναι ότι τα άστρα του σμήνους αυτού έχουν ελάχιστες ποσότητες βαρέων στοιχείων τα οποία ίσως να είναι απαραίτητα για τη δημιουργία πλανητών.

Μια άλλη διερεύνηση των άστρων στην καρδιά του ίδιου σφαιρωτού σμήνους προσπάθησε να μελετήσει μία παράξενη κατηγορία γαλάζιων άστρων και τον τρόπο με τον οποίο γεννώνται και εξελίσσονται. Τα πρώτα άστρα αυτού του είδους ανακαλύφτηκαν στη δεκαετία του 1950 στο σφαιρωτό σμήνος M-3.

Η παραξενιά αυτών των άστρων εντοπίζεται στο γεγονός ότι ενώ έχουν υλικά 1,7 φορές περισσότερα από τα υλικά του ήλιου περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους δύο με τρεις φορές γρηγορότερα απ ό,τι άλλα άστρα με παρόμοια ποσότητα υλικών.

Παρόμοια άστρα εξετάζονται επίσης και σ' ένα άλλο σφαιρωτό σμήνος (M-80 ή NGC-6093) που βρίσκεται στον αστερισμό του Σκορπιού και σε απόσταση 28.000 ετών φωτός από τη Γη. Στα εκατοντάδες χιλιάδες άστρα που βρίσκονται δεμένα μεταξύ τους εδώ και πάνω από δέκα δισεκατομμύρια χρόνια μας δίνεται η ευκαιρία να παρατηρήσουμε τα διάφορα στάδια της εξέλιξης άστρων με διαφορετικές ποσότητες υλικών.

Αρκετά σφαιρωτά σμήνη βρίσκουμε επίσης και στον αστερισμό του Oφιούχου μεταξύ των οποίων είναι το M-9 που έχει διάμετρο 60 ετών φωτός, απέχει 7.500 έτη φωτός από το Γαλαξιακό κέντρο και 26.000 έτη φωτός από τη Γη. Τέσσερα άλλα πιο αμυδρά σφαιρωτά σμήνη βρίσκονται επίσης στην ίδια περιοχή και σε αποστάσεις που κυμαίνονται από 16.000 έως 30.000 έτη φωτός από τη Γη. Tο M-19 μάλιστα πρέπει να βρίσκεται πολύ κοντά στο Γαλαξιακό κέντρο και σε απόσταση μόνο 3.000 ετών φωτός.

Οσον αφορά την μέτρηση της απόστασης των σφαιρωτών σμηνών, χρησιμοποιείται μια ειδική κατηγορία μεταβλητών αστέρων που περιέχονται στα σφαιρωτά σμήνη και ονομάζονται RR-Lyrae, σύμφωνα με το πρωτότυπό τους που βρίσκεται στον αστερισμό της Λύρας.

Αυτά τα αστέρια του τύπου RR-Lyrae παρουσιάζουν περιοδικές μεταβολές της λαμπρότητάς τους, που είναι διάρκειας περίπου μιας νύχτας. Συγκρίνοντας τη μέση παρατηρούμενη λαμπρότητα των μεταβλητών αστέρων, που ονομάζονται RR-Lyrae, σε ένα σφαιρωτό σμήνος με την πραγματική τους λαμπρότητα (που εξαρτάται από την περίοδο μεταβλητότητάς τους), μπορούμε να υπολογίσουμε την απόστασή τους και κατά συνέπεια την απόσταση του σφαιρωτού σμήνους στο οποίο ανήκουν.