Звездни купове



жүктеу 146.73 Kb.
Дата25.04.2016
өлшемі146.73 Kb.
НАРОДНА АСТРОНОМИЧЕСКА ОБСЕРВАТОРИЯ

“Юрий Гагарин”

Стара Загора
КУРС ПО ОБЩА АСТРОНОМИЯ ЗА АСТРОНОМИ-ЛЮБИТЕЛИ

Надя Кискинова


ЗВЕЗДНИ КУПОВЕ


ЗВЕЗДНИ КУПОВЕ – ОТКРИВАНЕ

Още в началото на ХVІІ в. Галилей със своите телескопи.разграничил една от друга звездите не само от Млечния път, но и на някои мъгляви за просто око петънца.

През 1665 г.немският астроном Ил наблюдавал петънце в съзвездието Стрелец, оказало се кълбовиден звезден куп. Към средата на ХVІІІ век откритите звездни купове били вече 60.

През 1781 г. Месие съставя каталог на мъглявините от 103 обекта за целите на кометната астрономия. Под № 1 в този каталог е известната Раковидна мъглявина – остатък от избухналата през 1054 г. Свръхнова, описана в китайските летописи. Някои петна се оказали галактики. Но също така в каталога на Месие са описани 56 звездни купа, от които 28 – кълбовидни, както се разбрало по-късно.



Обектите от каталога на Месие с обозначение М и пореден номер. Сред тези обекти са галактики, звездни купове междузвездни мъглявини.
През 20-те години на ХІХ век са открити звездни купове в близките галактики – Магелановите облаци.

Хершел е този, който още през ХІХ век разграничил звездните купове на разсеяни и кълбовидни. Той забелязал,че разсеяните се концентрират към равнината на Млечния път, а кълбовидните се наблюдават по цялото небе, но неравномерно. Повечето се виждат по посока на съзвездието Стрелец, където сега знаем, че е центърът на нашата Галактика.

В началото на нашия век Шепли определил основният признак, по който се разграничават звездните купове на разсеяни и кълбовидни – не просто морфологичен – по формата, а еволюционен – преобладаващият тип звездно население.


РАЗСЕЯНИ ЗВЕЗДНИ КУПОВЕ

Наименованието на този тип групи от десетки до хиляди звезди говори, че те нямат определена структура и формата им може да е всякаква. Звездите им се различават от тези на фона по почти еднаквото разстояние и преобладаващо еднаквата им посоката на движение в пространството.

Характерните размери на разсеяните звездни купове са от 1,5 до 12 парсека, а средната пространствена плътност на звездите в тях е от 1 до 100 звезди в кубичен парсек. За сравнение – в околността на Слънцето звездната плътност е около 1/10 звезда в кубичен парсек или 1 звезда в кубичен обем със страна равна на 10 парсека.

Възрастта на разсеяните звездни купове, имайки предвид възрастта на преобладаващото звездно население в тях е средно от няколко стотици милиона до милиард години. Освен ярки звезди на възраст в тези граници в разсеяните купове има млади и стари червени гиганти, бели джуджета, остатъци от Свръхнови и мъглявини от газ и прах, все още обвиващи младите звезди.


Плеяди
Най-открояващата се група от 7 близко разположени една до друга звезди на небето са Плеядите в съзвездието Бик.Това са дъщерите на Атлант, който поддържа на раменете си небесния свод според древногръцката легенда – Алциона, Електра, Мая, Меропа, Тайгета, Келена и Астеропа. Всеки може да провери състоянието на зрението си, преброявайки ги.



Според древногръцката легенда Плеядите били преследвани незнайно защо от ловеца-гигант Орион. За да се спасят от него, те се помолили на боговете, които ги превърнали в гълъби, после в звезди и след това ги оставили на небето.

Според друг вариант Зевс възложил на Плеядите да му носят амброзия на Олимп.



Нашият народ нарича Плеядите Квачката с пилците.

Най-ярката звезда в купа Алциона е Квачката, а останалите по-слаби звезди около нея – пиленцата. Те непрекъснато трептят, сякаш кълват просени зрънца.

Неголям телескоп показва, че на това място от небето има още много други звезди. Сега е известно, че те са близо не само на нашето небе, а са свързани гравитационно и динамично в една звездна система – разсеян звезден куп. Най-ярките звезди заемат област от небето с ъглов диаметър 7° или 20 парсека в пространството. Плеядите са един от най-близките до нас – само на 134 парсека или около 400 светлинни години. Броят на звездите до 18-19 зв. величина е 300, но имайки предвид откритите жълти, бели и кафяви джуджета броят им нараства до към 3 000.





Плеядите са най-известният разсеян звезден куп, намиращ се само на 400 св.г. от нас. Той съдържа около 3 000 звезди и има пространствен размер от порядъка на 13 св.г.

Вижда се и с просто око дори от осветените градски улици. Известен е като Седемте сетри, М 45, а сред нашия народ –

Кокошката или Квачката с пилците.

На изображението добре се открояват сините отражателни мъглявини около ярките звезди. В Плеядите са открити и малкомасивни неярки звезди кафяви джуджета.

Изобщо броят на звездите в разсеяните звездни купове варира от 100-тина до 10 000. Характерните им размери са както при Плеядите - 30-40 св. г. или 10-20 парсека.

Те наистина, както е забелязал Хершел са разположени близо до ивицата на Млечния път и младите им звезди, съдържащи тежки елементи в състава си, подобно на Слънцето, са част от т.нар. население от І тип в Галактиката.

Наблюдават се около 1 000 разсеяни звездни купа, но това е съвсем малка част от вероятно 20 – 30 000 общо подобни образувания, недостъпни за нас, поради собственото ни разположение в Галактиката.




Хиадите –звездите около α Алдебаран и дадени в по-едър мащаб в големия правоъгълник - са доста по-разпръснат на небето звезден куп от Плеядите.
Хиади
Само на 10° от Плеядите около най-ярката червениката звезда Алдебаран /Окото на Бика/ в същото съзвездие са доста разпръснатите звезди от друг разсеян куп, които заемат цели 20° от небето. Пространствените размери на купа са колкото при Плеядите – около 16 парсека, но той е 3 пъти по-близо до нас – само на 46 парсека разстояние.

Хиади означава “мокрещи”. Древните гърци забелязали, че появявайки се на утринното небе, тези звезди предизвестяват скорошни есенни дъждове.


Хиадите също били дъщери на Атлас и следователно сестри на Плеядите. Те имали един брат, Хиант, който трагично загинал по време на лов за лъвове. Сестрите му неутешимо плачели денем и нощем. Боговете се смилили над тях, превърнали ги в звезди и ги оставили на небето.



Нашият народ нарекъл Хиадите Хорото, а Алдебаран – най-ярката зевзда от съзвездието Бик, нарича Гайдарят.
Ясли
Също видим с просто око, но като мъгляво петънце е 4 пъти по-далечният от Хиадите /180 парсека/ разсеян звезден куп Ясли в Рак – всъщност единствената отличителна особеност на това зодиакално съзвездие. По характерните си особености Яслите наподобяват Хиадите. Звездите му обаче са по-концентрирани към центъра на купа.


Структура на звездните купове
Макар че е трудно различима понякога, все пак и при разсеяните звездни купове може да се разграничи някаква структура:

    • ядро, където звездите са по-нагъсто и

    • корона – със звездна плътност десетки и дори хиляди пъти по-ниска, но с маса многократно надвишаваща тази на ядрото; с размери 2-3 пъти повече от него.

При двойният разсеян звезден куп χh Персей двете ядра видимо се открояват в неголям телескоп, а общата им корона е 10 пъти по-голяма. При добри условия той също се вижда с просто око като мъгляво петънце между Персей и Касиопея. Състои се от стотици хиляди звезди и показва, че двойнственост е присъща и за такива огромни структури в Галактиката като разсеяните звездни купове.





Много звездни купове са ефектни. Разсеяните звездни купове NGC 869 и NGC 884, известни като χh Персей са двойно по-ефектни. Достатъчно добре се виждат и с просто око при добри условия. Този двоен звезден куп фигурира още в каталога на Хипарх.

Куповете са на разстояние повече от 7 000 св.г. от нас и са разстояние един от друг само няколко ститици св.г.


Движение в пространството
На всеки разсеян звезден куп действа приливното въздействие на масите и той обикаля като цяло около центъра на Галактиката, подобно на метеорен рой около Слънцето.

При съществена средна пространствена плътност на звездите в купа взаимното притегляне между тях надвишава това от страна на галактичния център и за достатъчно дълго време купът остава цялостно образувание.

Що се отнася до движението на звездите вътре в купа, то е доста сложно и динамично. Всяка от звездите обикаля и около ядрото на купа по отворена регулярна орбита, наподобяваща елипса, голямата ос на която при всяко сближаване с ядрото променя направлението си в пространството. Орбитите са още по-сложни поради взаимното влияние на близките звезди.

Вероятно, увлечени понякога от близостта си две или повече звезди променят траекторията си и образуват кратна система. Такива системи в разсеяните звездни купове може да се окажат краткотрайни образувания. Примерно, ако във външните части от короната системата е тройна, две от звездите могат да образуват тясна система, а третата да получи ускорение, което да я запрати извън купа.




Изображението в бяла светлина показва, че в центъра на кълбовидния звезден куп 47 Тукан плътността на звездите е висока – средното разстояние между звездите е от порядъка на 1/10 светл. години! На това изображение на същия куп, получено в рентгенови лъчи с изкуствени цветове е показано, че също така в центъра има има и много рентгенови звезди. Някои от тях са “нормални”, но влизащи в двойни системи с неутронни звезди. Една от най-забележителната сред екзотичните двойни системи, обозначена като 47Tuc W е яркият източник около центъра на изображението. Системата се състои от малкомасивна звезда и неутронна звезда, която се върти около оста си за 2,35 милисекунди – т. н. милисекунден пулсар. Предполага се, че това бързо въртене е обусловено от падането на вещество от нормалната звезда върху плътния спътник.
Еволюция на разсеяните звездни купове
След като Галилей със своя телескоп за първи път разбрал, че Яслите не са мъглявина, а рой от звезди, два века след това всяко мъгляво петънце по небето било приемано за купчина звезди.

Пръв Хершел допуснал, че някои далечни мъгляви петна, които не се виждат през телескоп като отделни звезди, е възможно наистина да са облаци от газ и прах. В началото на ХІХ век Хершел споделял възгледа за възникването на звезди от кондензиращи се газово-прахови мъглявини. Той считал, че пак гравитацията събира звездите в купове – отначало като верижно изтеглени звездни конгломерати, после в неправилни по форма разсеяни звездни купове, които накрая придобиват правилна кълбовидна форма.

Днес хипотезата на Хершел за промяна формата на звездните купове с течение на времето е интересна от историческа гледна точка. Наистина разсеяните звездни купове са млади формирования, а кълбовидните – като правило – стари. Но наблюдателен факт е наличието и на съвсем млади кълбовидни звездни купове към централните области на Галактиката, а възрастта на старите от галактичните покрайнини е сравнима с възрастта на Вселената.

Явно всеки тип звезден куп има своя собствена история, а звездите в тях имат общ произход и са на почти еднаква възраст.

Построяване на диаграма спектър-светимост или диаграма Хершпрунг-Ръсел за куповете от звезди е трудоемка, но полезна работа. Сега разполагаме със стотици такива диаграми за куповете в нашата Галактика и десетки за куповете в съседните като Магелановите облаци галактики.

Видът на всяка диаграма Хершпрунг-Ръсел за даден куп се отличава от тази за друг куп и е неговата визитна картичка. Местоположението на звездите върху такава диаграма зависи от тяхната маса.

Критерий за принадлежност на звезди към купа е именно диаграмата Хершпрунг-Ръсел – ако звездата рязко се откроява от характерната за купа картина, тя с голяма вероятност не принадлежи на купа.



Диаграма спектър-светимост на Плеядите.

Диаграмите спектър-светимост за Плеядите и Яслите наподобяват диаграмите за звездите от околностите на Слънцето. Макар че в куповете звездите са на еднаква възраст, в зависимост от масата си, преобладаващото им място наподобява Главната последователност, която тук по-правилно е да се нарича линия на звезди от дадена възраст. Най-ярките звезди в Плеядите са от спектрален клас В5-В8, а в Яслите – А0-А5. В дойния звезден куп в Персей преобладат още по-горещите звезди от спектрален клас О.





Диаграма спектър-светимост на двойния разсеян звезден куп в Персей.

Така диаграмата Хершпрунг-Ръсел определя възрастта на самия куп – около милиард за Плеядите и Яслите. Малко по-възрастен е купът Хиади. При повечето възрастта е от порядъка на десетки до стотици милиони години.




Диаграма на някои разсеяни звездни купове – линиите на звезди на еднаква възраст определят възрастта на самия звезден куп.
В най-младите звездни купове процесът на формиране на звезди продължава. Току-що възникнали разсеяни звездни купове влизат в състава на области на звездообразуване.



Млад зевзден куп с обекти Хербиг-Аро
Явно разсеяните звездни купове не са особено устойчиви системи.

Прави впечатление, че по-старите разсеяни звездни купове са на по-голямо разстояние от центъра на Галактиката и те са немного на брой. Макар, намиращи се близо до галактичната равнина, те са успели да оцелеят благодарение отдалечеността си от галактичния център и от области на звездообразуване с бурни взривни процеси в тях.





В разсеяния звезден куп NGC 290 има ого ярки млади сини звезди. Купът е на разстояние 2 000 св.г. в съседната галактика Малкия Магеланов облак. Броят на звездите е стотина в обем от пространството 65 св.г.


Това са разсеяните звездни купове М 46 – горе вляво, и М 47 – долу вдясно. Те са на ъглово разстояние един от друг само 1 градус и са в южното съзвездие Кърма. М 46 е на разстояние 5 400 св.г. и е на възраст 300 млн. години, а М 47 е по-млад – на 80 млн. години и е по-близък – 1 600 св.г. М 47 съдържа по-малко звезди – около 50 в обем от пространството 10 св.г., а М 46 съдържа неколкостотин звезди и е 3 пъти по-голям.

ЗВЕЗДНИ АСОЦИАЦИИ
С натрупване на данни за собствените движения и спектралния клас на звездите, в началото на ХХ век, Бос, Едингтон и Каптейн независимо един от друг заподозират съществуването на групи от горещи звезди – ОВ асоциации. През 20-30-те години на миналия век, след завършване на Харвардския спектрален обзор на звездите до 8-ма зв.в., Шарл и Струве описват десетина такива ОВ-асоциации. Те съдържат от десетки до стотици звезди, пръснати в значителен обем от пространството – 30-200 парсека

В работите на Джой и Амбарцумян от средата на ХХ век били обособени групи от десетки особени неярки променливи млади звезди с маси околослънчевата – тип Т Телец, наречени Т асоциации. Този тип звездни групи могат да наброяват от 4-5 до стотици звезди, които са в съседство с тъмни и светли мъглявини.



Звездната плътност в асоциациите е сравнима с тази от звездния фон и това, което ги обособява е типът звезди, преобладаващи на едно място от пространството. Това, както и крехката младост на ярките звезди-гиганти само по себе си означава, че асоциациите са неустойчиви образования и времето им на съществуване е сравнимо с времето на съществуване на самите ярки звезди – 10-тина милиона години.

Отначало се считало, че ОВ асоциации има около ядрото на всеки разсеян звезден куп, че са част от короната, която изцяло се състои от постоянно отдалечаващи се от ядрото звезди. По-късно се оказало, че разсеяните звездни купове се състоят не само от ядро, а и от достатъчно устойчива корона, в която освен звезди от ранните спектрални класове О и В,още по-младите, но малкомасивни променливи Т Телец, има и други типове звезди. Поради силният звезден вятър, възможно е ОВ асоциациите след време наистина да се разбягват в пространството със средна скорост от около 5 км/сек.





В тази област на звездообразуване в Орион сред почти всички характерни елементи за такова средище е и младия разсеян звезден с хало от много ярки

О-В звезди в процес все още на формиране. О-В асоциацията оформя халото на разсеяния звезден куп.
Холопов разглежда звездните асоциации като раждащи се купове, все още потопени в междузвездно вещество.

Други поставят под съмнение самостоятелното съществуване на асоциациите и ги приемат за част от звездното население на формиращи се млади разсеяни звездни купове.



КЪЛБОВИДНИ ЗВЕЗДНИ КУПОВЕ
Тези купове имат ясно изразена сферична симетрия във формата си и концентрация към ядрото. Някои от този тип купове са елипсовидни.

Характерните им размери са от 5 до 200 парсека, като за среден размер се приема 40 пс или като правило те са 2 пъти по-големи от типичните разсеяни звездни купове.

Съдържат значително повече звезди – от десетки хиляди до милиони с впечатляваща средна плътност от 500-1000 звезди на кубичен парсек или с порядък повече от разсеяните звездни купове.



Сред 200-та стари кълбовидни купове в Млечния път е М 3 – един от най-ярките и близки – на разстояние 100 св.г. М 3 съдържа към половин милион стари звезди, побрани в обем от пространството с диаметър 150 св.г.
Много по-далеч от нас са и могат да се разделят на млади сини кълбовидни звездни купове, намиращи се в централните области на нашата и другите галактики. Те бяха открити неотдавна и наличието им все още търси обяснение.



Изображението вдясно на космическия телескоп “Хъбъл” дава видимост на младия кълбовиден куп в самия център на нашата Галактика, а пръстенът в червено отляво на рентгеновата орбитална обсерватория ХММ Нютон се тълкува като излъчване на акреционен диск около масивна черна дупка.
Старите червени купове са далеч от галактичната равнина и са характерни структурни образувания на галактичната корона. Звездите на кълбовидните звездни купове от короната са червени гиганти и свръхгиганти в крайните стадии на огромни звезди с ниско съдържание на тежки метали. Те са най-старите звезди и формирования от тях.

Наблюдаемите в нашата Галактика са 150-200, но реалният им брой може да е неколкократно повече. В някои галактики броят им се оценя на около 1000.



Съзвездието Центавър е едно от най-характерните за южното небе, през което минава Млечният път. В него е и звездната система Алфа Центавър с най-близката до нас звезда. Също тук е най-големият кълбовиден стар звезден куп в Галактиката Омега Центавър – в центъра на изображението. Купът съдържа 10 млн. звезди в обем с диаметър 150 св.г. и е на разстояние 15 000 св.г.
Кълбовидният звезден куп М 13 в Херкулес
Най-близкият до нас сферичен куп звезди на разстояние 20 000 св. г. единствен

се вижда на границата на възможностите с невъоръжено око в летните нощи високо в небето. Диаметърът му достига стотина св.г. и съдържа стотици хиляди звезди. Имайки предвид, че сред огромните ярки звезди има и множество по-малки малкомасивни звезди, вероятно броят им се измерва с милиони.





Видимият с просто око като снежинка кълбовиден звезден куп М 13 в съзвездието Херкулес.
Диаграма Хершпрунг-Ръсел за кълбовидните звездни купове
До средата на миналия век вече станал факт същественото различие между “визитните картички” на разсеяните и кълбовидни купове. Докато при разсеяните купове ясно личи Главната последователност, то при разсеяните такава се наблюдава само в долния край на диаграмата спектър-светимост, но от повратната точка или точката на отклонение непрекъснато както при разсеяните купове, но много по-характерно е ивицата на червените гиганти, които преобладават в кълбовидните купове от галактичната корона. Затова пък сини гигантски звезди в тях напълно липсват. По мястото на точката на отклонение, може да се съди за възрастта на кълбовидния куп – колкото по-ниско е тя, толкова купът е по-стар.

Ивицата на червените гиганти в диаграмата Хершпрунг-Ръсел, освен че започва близо до долния край на Главната последователност, тя е почти успоредна на абсцисната ос, където е спектралният клас, цветът или температурата на повърхността на звездата – т.н. хоризонтална последователност. Наличието на толкова ниско разположена хоризонтална последователност от червени гиганти и свръхгиганти, означава, че еволюцията на такива стари звезди протича по-различно и това се дължи на липсата дори и на 1% тежки елементи, с които е обогатено междузвездното пространство, където са се зародили от следващите поколения – такива като Слънцето. Тези стари като света гигантски звезди се състоят изцяло от водород и хелий.

Освен гигантски червени звезди, в състава на кълбовидните купове влизат и не толкова масивни неярки звезди, които еволюират много бавно и все още очертават Главна последователност. Наличието им от такова огромно разстояние се долавя с мощни наблюдателни средства.

Кълбовидните звездни купове и звездите в тях са от т.н. ІІ тип звездно население на Галактиката


Движение в пространството на кълбовидните звездни купове
Звездите в кълбовидните купове са обвързани гравитационно доста по-силно, отколкото тези в разсеяните звездни купове. За това говори асно изразената сферична симетрия на тези купове, приличащи на снежинки.

Въпреки компактността си, когато масивен звезден куп доближи галактичния център, възможно е някои от най-външните звезди от короната на купа да го напуснат.

Малките по размери кълбовидни звездни купове могат изцяло да бъдат разрушени от приливното въздействие на масите в центъра на Галактиката. Това е едно от възможните обяснения защо се наблюдават предимно големи стари кълбовидни звездни купове.


Звездите често се събират на групи. Сред повече от 200 кълбовидни звездни купа, въртящи се около центъра на Млечния път, 47 Тукан /47 Tuc, NGC 104/ е вторият по яркост след Омега Центавър на южното небе. Проектира се близо до Малкия Магеланов облак. Естествено, този обект е интерес за изследване и с новия 10-метров Голям Южно-африкански телескоп /Souften African Large Telescope – SALT/. Светлината от 47 Тукан идва от разстояние 20 хиляди светлинни години. Динамиката на звездите около центъра на купа не е достатъчно изучена. Не е ясно и защо там има по-малко от очакваното двойни звездни системи.



Характер на движението на звездите вътре в кълбовидните звездни купове

с и без черни дупки

Структура на кълбовидните звездни купове
Ясно различими тук са


    • ядрото и

    • короната на купа.




Кълбовидният звезден куп М 15 в от халото на Галактиката с наличие на междинна по размери черна дупка в центъра
Като правило, колкото по-масивен е кълбовидния куп, толкова е по-голяма концентрацията на звездите в центъра.

При определени условия свиването в централните части на куповете може да придобие катастрофичен характер. Процесите, които могат да преустановят сливането на звезди в ядрото на купа са в тясна връзка с наличието на тесни звездни системи там.



Още през 20-те години на ХХ век бе заподозряно наличието на голяма черна дупка в центъра на масивните кълбовидни звездни купове. Наличието на пик на яркостта в центъра на около 20% от куповете, може да е потвърждение на предположението. Освен това, центърът на такива купове е източник на мощно рентгеново излъчване, което би могло да идва от ускорените до субсветлинни скорости частици на акреционния диск, завихрен около черна дупка.


Наблюдателните методи на орбиталния телескоп “Хъбъл”, с които са открити междинни черни дупки в центъра на кълбовидните купове М 15 и G 1






©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет