Исследование знаменует собой важную веху в нашем понимании формирования и динамической эволюции множественных звёздных популяций в шаровых звёздных скоплениях (сферических и очень компактных звёздных агломератах, обычно состоящих из 1–2 миллионов звёзд).
Это новаторское исследование, проведённое группой учёных из Национального института астрофизики (INAF), Болонского университета и Университета Индианы, является первым трёхмерным кинематическим анализом нескольких звёздных популяций в репрезентативной выборке из 16 шаровых скоплений в нашей галактике. Оно представляет собой новаторское описание их кинематических свойств (то есть того, как звёзды движутся внутри шаровых скоплений) и их долгосрочной эволюции с момента образования до наших дней.
Эмануэле Далессандро, исследователь из INAF в Болонье, ведущий автор статьи и координатор рабочей группы, объясняет: «Понимание физических процессов, лежащих в основе формирования и ранней эволюции шаровых звёздных скоплений, — один из самых интересных и обсуждаемых астрофизических вопросов последних 20–25 лет.
«Результаты нашего исследования предоставляют первые убедительные доказательства того, что шаровые звёздные скопления образовались в результате многократных событий звездообразования, и накладывают фундаментальные ограничения на динамический путь, который проходят скопления на протяжении своей эволюции. Эти результаты стали возможны благодаря мультидиагностическому подходу и сочетанию современных наблюдений и динамического моделирования».
Исследование показывает, что кинематические различия между несколькими популяциями являются ключом к пониманию механизмов формирования и эволюции этих древних структур.
Возраст шаровых скоплений может достигать 12-13 миллиардов лет. Шаровые скопления являются одними из первых систем, сформировавшихся во Вселенной. Они представляют собой компактные системы (с массой в несколько сотен тысяч масс Солнца и размерами в несколько парсеков), и их можно наблюдать даже в отдаленных галактиках.
«Их астрофизическое значение огромно, — говорит Далессандро, — потому что они не только помогают нам проверять космологические модели формирования Вселенной благодаря своему возрасту, но и служат естественными лабораториями для изучения формирования, эволюции и химического обогащения галактик». Хотя шаровые звёздные скопления изучаются уже более ста лет, недавние результаты наблюдений показывают, что наши знания всё ещё во многом неполные.
«Результаты, полученные за последние два десятилетия, неожиданно показали, что шаровые звёздные скопления состоят более чем из одного звёздного населения: первичного, с химическими свойствами, аналогичными свойствам других звёзд в галактике, и другого, с аномальным содержанием лёгких элементов, таких как гелий, кислород, натрий и азот», — говорит Марио Каделано, научный сотрудник кафедры физики и астрономии Болонского университета и сотрудник INAF, один из авторов исследования.
«Несмотря на большое количество наблюдений и теоретических моделей, направленных на изучение этих популяций, механизмы, регулирующие их формирование, до сих пор не изучены».
Исследование основано на измерении трёхмерных скоростей, то есть комбинации собственных движений и лучевых скоростей, полученных с помощью телескопа ESA Gaia и данных, в том числе с телескопа ESO VLT, в первую очередь в рамках исследования MIKiS (Multi Instrument Kinematic Survey) — спектроскопического исследования, специально направленного на изучение внутренней кинематики шаровых скоплений. Использование этих телескопов, как космических, так и наземных, позволило получить беспрецедентное трёхмерное изображение распределения скоростей звёзд в выбранных шаровых скоплениях.
Анализ показывает, что звёзды с разным содержанием лёгких элементов характеризуются разными кинематическими свойствами, такими как скорости вращения и распределение орбит.
«В этой работе мы подробно проанализировали движение тысяч звёзд в каждом скоплении», — добавляет Алессандро Делла Кроче, аспирант INAF в Болонье. «Вскоре стало ясно, что звёзды, принадлежащие к разным популяциям, обладают различными кинематическими свойствами: звёзды с аномальным химическим составом, как правило, вращаются быстрее остальных в скоплении и постепенно перемещаются из центральных областей во внешние».
Интенсивность этих кинематических различий зависит от динамического возраста шаровых звёздных скоплений. «Эти результаты согласуются с долгосрочной динамической эволюцией звёздных систем, в которых звёзды с аномальным химическим составом формируются более концентрированными в центре и вращаются быстрее, чем обычные звёзды.
«Это, в свою очередь, позволяет предположить, что шаровые звёздные скопления образовались в результате многократных эпизодов формирования звёзд, и даёт важную информацию для определения физических процессов и временных масштабов, лежащих в основе формирования и эволюции массивных звёздных скоплений», — подчёркивает Далессандро.
Этот новый трёхмерный вид движения звёзд в шаровых звёздных скоплениях представляет собой беспрецедентную и захватывающую картину формирования и динамической эволюции этих интригующих систем. Он также помогает прояснить некоторые из самых сложных загадок, связанных с происхождением этих древних структур.
Источник: Astronomy & Astrophysics, Национальный институт астрофизики
На изображении:
Галерея изображений 16 шаровых скоплений, проанализированных в порядке возрастания различий в кинематических свойствах, наблюдаемых между несколькими звёздными популяциями. Источник: ESA/Hubble — ESO — SDSS
Дополнительные материалы
