Первый трехмерный взгляд на формирование и эволюцию шаровых скоплений
A study published in Astronomy & Astrophysics marks a significant milestone in our understanding of the formation and dynamical evolution of multiple stellar populations in globular clusters (sphэрические и очень компактные звездные агломераты, обычно населенные 1-2 миллионами звезд).
Это новаторское исследование, проведенное группой ученых из Национального института астрофизики (INAF), Болонского университета и Университета Индианы, является первым, в котором выполнен трехмерный кинематический анализ нескольких звездных скоплений для репрезентативной выборки из 16 шаровых скоплений в нашей галактике. Он дает новаторское наблюдательное описание их кинематических свойств (т.е. того, как звезды перемещаются внутри шаровых скоплений) и их долгосрочной эволюции с момента образования до наших дней.
Эмануэле Далессандро, научный сотрудник INAF в Болонье, ведущий автор статьи и координатор рабочей группы, объясняет: «Понимание физических процессов, лежащих в основе формирования и ранней эволюции шаровых скоплений, является одним из наиболее увлекательных и обсуждаемых астрофизических вопросов за последние 20-25 лет.
«Результаты нашего исследования представляют собой первое убедительное доказательство того, что шаровые скопления сформировались в результате нескольких событий звездообразования, и накладывают фундаментальные ограничения на динамический путь, пройденный скоплениями на протяжении их эволюции. Эти результаты стали возможны благодаря мультидиагностическому подходу и сочетанию современных наблюдений и динамического моделирования».
В исследовании подчеркивается, что кинематические различия между несколькими популяциями являются ключом к пониманию механизмов формирования и эволюции этих древних структур.
Шаровые скопления, возраст которых может достигать 12-13 миллиардов лет (таким образом, они относятся к периоду зарождения космоса), являются одними из первых систем, сформировавшихся во Вселенной. Они представляют собой типичную популяцию всех галактик. Это компактные системы (с массами в несколько сотен тысяч солнечных масс и размерами в несколько парсеков), и их можно наблюдать даже в далеких галактиках.
«Их астрофизическое значение огромно, — говорит Далессандро, — потому что они не только помогают нам проверить космологические модели формирования Вселенной благодаря своему возрасту, но и являются естественными лабораториями для изучения формирования, эволюции и химического обогащения галактик». Хотя шаровые скопления изучаются уже более века, результаты последних наблюдений показывают, что наши знания все еще остаются неполными.
«Результаты, полученные за последние два десятилетия, неожиданно показали, что шаровые скопления состоят из более чем одной звездной популяции: первобытной, с химическими свойствами, схожими с другими звездами в галактике, и другой, с аномальным химическим изобилием легких 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 характеристику этих популяций, механизмы, регулирующие их формирование, до сих пор не поняты.»
Исследование основано на измерении 3D-скоростей, т.е. комбинации собственных движений и радиальных скоростей, полученных с помощью телескопа ESA Gaia и данных телескопа ESO VLT, в основном в рамках обзора MIKiS (Multi Instrument Kinematic Survey), спектроскопического обзора, специально направленного на изучение внутренней кинематики шаровых скоплений. Использование этих телескопов из космоса и с земли позволило получить беспрецедентное трехмерное представление о распределении скоростей звезд в выбранных шаровых скоплениях.
Анализ показывает, что звезды с различным содержанием легких элементов характеризуются различными кинематическими свойствами, такими как скорости вращения и орбитальные распределения.
«В этой работе мы детально проанализировали движение тысяч звезд в каждом скоплении», — добавляет Алессандро Делла Кроче, аспирант INAF в Болонье. «Быстро выяснилось, что звезды, принадлежащие к разным популяциям, обладают разными кинематическими свойствами: звезды с аномальным химическим составом вращаются быстрее остальных в скоплении и постепенно распространяются от центральных областей к внешним».
Интенсивность этих кинематических различий зависит от динамического возраста шаровых скоплений. Эти результаты согласуются с долгосрочной динамической эволюцией звездных систем, в которых звезды с аномальным химическим изобилием формируются с большей концентрацией в центре и вращаются быстрее, чем стандартные».
«Это, в свою очередь, позволяет предположить, что шаровые скопления сформировались в результате нескольких эпизодов звездообразования, и дает важную информацию для определения физических процессов и временных масштабов, лежащих в основе формирования и эволюции массивных звездных скоплений», — подчеркивает Далессандро.
Этот новый трехмерный взгляд на движение звезд внутри шаровых скоплений обеспечивает беспрецедентную и увлекательную основу для формирования и динамической эволюции этих интригующих систем. Он также помогает прояснить некоторые из самых сложных загадок, связанных с происхождением этих древних структур.
Поделитесь в вашей соцсети👇
