Bardziej aktualny dynamiczny paradygmat dotyczący gromad kulistych
Gromady kuliste to zbiory gwiazd obiegających jądro galaktyki. Tradycyjnie uważa się, że są to układy proste, sferyczne, nieobracające się i pozostające w stanie relaksacji termodynamicznej. Oznacza to, że orbity znajdujących się w nich gwiazd nie mają określonej orientacji. Przez dziesięciolecia były uznawane za przykład tak zwanej „jednorodnej populacji gwiazd” (ang. single stellar population), w której wszystkie gwiazdy narodziły się równocześnie i mają tę samą prostą historię powstania. Jednakże ostatnio ten tradycyjny obraz gromad kulistych został zakwestionowany przez szereg odkryć dotyczących ich właściwości chemicznych, strukturalnych i kinematycznych. Obecnie za wszechobecne uznaje się występowanie zróżnicowanych populacji gwiazd. Finansowany ze środków UE projekt NESSY przyczynił się do sformułowania bardziej realistycznego paradygmatu dynamicznego dla tej klasy układów gwiazdowych. Było to możliwe dzięki połączeniu modeli analitycznych i symulacji numerycznych z nowymi danymi astronomicznymi. Uczestnicy projektu NESSY zajmowali się trzema problemami współczesnej astrofizyki: wypływem wewnętrznego momentu pędu i pływów zewnętrznych na dynamiczną ewolucję gęstych układów gwiazdowych, tworzeniem się populacji gwiazd, należących do najstarszych we wszechświecie, oraz możliwym istnieniem czarnych dziur o średniej masie. Dane astronomiczne nowej generacji Gaia, europejskie obserwatorium kosmiczne, z bezprecedensową dokładnością mierzy obecnie położenie i prędkości tysięcy gwiazd w gromadach kulistych naszej Drogi Mlecznej. Ta nowa generacja danych, w połączeniu z pomiarami teleskopu Hubble Space i innych najnowocześniejszych urządzeń astronomicznych, umożliwia teoretykom badanie po raz pierwszy pełnej „przestrzeni fazowej” gromad poprzez analizowanie zarówno położenia, jak i prędkości znajdujących się w nich gwiazd. Jak mówi dr Anna Lisa Varri, badaczka NESSY i laureatka indywidualnego stypendium Marie Skłodowska-Curie: „Te zwarte skupiska gwiazd są w astrofizyce swego rodzaju »szwajcarskimi scyzorykami«, wykorzystywanymi od wielu dziesięcioleci w niezliczonych celach. Jednak analiza ruchów gwiazd jest nadal ograniczona do wąskiego zakresu upraszczających założeń. Jednocześnie światowej klasy instrumenty astronomiczne dostarczają obecnie olbrzymich ilości danych na temat takich obiektów, niemożliwych do przeanalizowania przy pomocy aktualnych teorii”. Zespół przyczynił się m.in. do dokładniejszego poznania roli złożoności kinematycznej w postaci wewnętrznej anizotropii rotacji i prędkości (różne właściwości, w różnych kierunkach), w długotrwałej dynamicznej ewolucji układów kolizyjnych, takich jak gromady kuliste. Uczestnicy inicjatywy NESSY wnieśli też wkład w opracowanie dynamicznego modelu gromady 47 Tucanae, który opisuje jej bogatą strukturę w przestrzeni prędkości. Model ujawnia nieoczekiwany stopień wewnętrznej rotacji gromady. Rola momentu pędu jest jednym z aspektów, który może wyjaśnić wewnętrzną dynamikę układów kolizyjnych, takich jak gromady kuliste. Jak zauważa dr Varri, pomimo braku badań nad tymi zjawiskami „obserwuje się obecnie coraz więcej dowodów na rotację młodych i starszych gromad gwiazd. Możliwe jest, że występowanie pewnego momentu pędu przyspiesza dynamiczną ewolucję takich układów”. Badania wkraczają w nową erę astrofizyki Prace NESSY będą kontynuowane poprzez współpracę z Wyższą Szkołą Matematyczną Uniwersytetu w Edynburgu w celu dalszego zbadania roli złożoności kinematycznej, z uwzględnieniem równowagi, stabilności i ewolucyjnych właściwości gęstych, rotujących układów gwiazdowych. Uczeni mają nadzieję, że pozwoli to lepiej zrozumieć gromady kuliste i jądra galaktyk. Jak wyjaśnia dr Varri: „Na tej podstawie będę kontynuować badanie implikacji złożoności kinematycznej, skupiając się na dwóch niezwykłych zagadkach w mojej dziedzinie: dynamicznym wymiarze zjawiska zróżnicowanych populacji oraz powstawaniu czarnych dziur o średniej masie i masie gwiazdowej”. Obecność rotacji wewnętrznej może istotnie wpływać na wielkość przestrzeni parametrów, w której mogą zachodzić procesy kolizyjne prowadzące do powstawania czarnych dziur w gromadach, a także na efekt tych procesów. Dzięki przeprowadzonemu w projekcie NESSY badaniu złożoności kinematycznej uczeni mogą teraz badać implikacje tych dodatkowych stopni swobody dla tworzenia się i zatrzymywania czarnych dziur w gęstych układach gwiazdowych. Jak wyjaśnia dr Varri: „Temat ten jest szczególnie aktualny, ponieważ dzięki interferometrowi LIGO pojawiło się nowe astrofizyczne okno pozwalające na badanie fizyki czarnych dziur w oparciu o fale grawitacyjne”.
Słowa kluczowe
Gwiazdowe, astrofizyka, obserwatorium, galaktyka, gromady kuliste, właściwości kinematyczne, czarne dziury, gwiazdy, astronomia, kinematyka
