Σφαιρωτά σμήνη Μεγάλη αστροφυσική σημασία: παρατηρούνται σε όλους τους τύπους γαλαξιών θεωρούνται «απολιθώματα» της εποχής δημιουργίας του γαλαξία παίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στην κατανόηση της αστρικής δομής και εξέλιξης των αστέρων (μοντέλα αστρικής εξέλιξης) Η διαδικασία δημιουργίας τους παραμένει σε πολλά σημεία άγνωστη! 1:4 ΣΣ προέρχονται από γειτονικούς γαλαξίες – αλληλεπιδράσεις μεταξύ γαλαξιών 1 The quest for a fundamental and complete understanding of galaxy formation and evolution is necessarily the central pursuit of astrophysics and cosmology. The last 10 years or so mark a golden era for the subject, both on the theoretical and the observational front, both for the local and the distant universe. The progress achieved is largely due to the advent of new instrumentation namely the HST, 10m class telescopes, X-ray satellites, large multifiber instruments, that have allowed detailed studies in the local universe, and have allowed resolving “primordial” galaxies ….
Τι είναι τα σφαιρωτά σμήνη Τα σφαιρωτά σμήνη είναι σχεδόν σφαιρικές συγκεντρώσειες από ~100,000 to ~1,000,000 άστρα διαφορετικών μαζών, αλλά που έχουν πρακτικά την ίδια ηλικία και χημική σύσταση και που επομένως πρέπει να έχουν δημιουργηθεί σχεδόν ταυτόχρονα από το ίδιο γιγάντιο μοριακό νέφος. Τα άστρα ενός σφαιρωτού σμήνους έχουν δυναμική συνοχή (είναι δεσμευμένα στο βαρυτικό πεδίο του σμήνους). Τά άστρα του σμήνους κινούνται σε τροχιές γύρω από το κέντρο του σμήνους. Περίπου 160 σφαιρωτά σμήνη έχουν βρεθεί στον Γαλαξία μας. Σφαιρωτά σμήνη υπάρχουν στην άλω του Γαλαξία μας, στον δίσκο αλλά και στο κεντρικό «εξόγκωμα». Τα σφαιρωτά σμήνη του Γαλαξία μας είναι πολύ παλαιά αντικείμενα, των οποίων η ηλικία μπορεί να εκτιμηθεί με σχετικά μεγάλη ακρίβεια. Η ηλικία των σφαιρωτών σμηνών αποτελεί ένα σημαντικό κατώτερο όριο για την ηλικία του σύμπαντος. Από την χημική σύσταση των σφαιρωτών σμηνών μπορούν να εξαχθούν συμπεράσματα για την χημική εξέλιξη ενός γαλαξία Σφαιρωτά σμήνη υπάρχουν σε όλους τους τύπους γαλαξιών, σπειροειδείς, ελλειπτικούς και ακανόνιστους
Harlow Shapely’s Globular Discovery Ο Shapley χρησιμοποίησε μεταβλητούς τύπου RR-Lyr σε ΣΣ για να βρει τις αποστάσεις τους. Βρήκε μια περίπου σφαιρική κατανομή Ταύτισε το κέντρο της κατανομής αυτής με το κέντρο του Γαλαξία. Είναι η πρώτη μέτρηση της απόστασης του Ήλιου από το κέντρο του γαλαξία
Θέσεις και τροχιές σφαιρωτών σμηνών Παρατηρείστε τις τροχιές των σφαιρωτών σμηνών Πλήρεις χωρικές κινήσεις για 54 ΣΣ
Πολύ σημαντικός ο ρόλος του HST στη μελέτη GCs
Αριθμητική αστρική πυκνότητα σφαιρωτών σμηνών Hodge 11 47 Tucanae (NGC 104) NGC 6522 in Sagittarius Πυκνότητα περίπου 100,000 φορές μεγαλύτερη από την ηλιακή γειτονιά Στο κέντρο, μπορεί να έχουμε Και 100 αστρα/κυβικό parsec
Ίσως ένα σφαιρωτό σμήνος εν τη γεννέσει στον γειτονικό ακανόνιστο γαλαξία Mεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου (LMC)
Το διάγραμμα Hertzsprung-Russell (HR) και τα μοντέλα αστρικής εξέλιξης To διάγραμμα HR diagram δείχνει την κατανομή των φωτομετρικών ιδιοτήτων των άστρων του σμήνους σε ένα επίπεδο ανάλογο προς το επίπεδο λαμπρότητας – ενεργού θερμοκρασίας Χαρακτηριστικές περιοχές του διαγράμματος HR που αντιστοιχούν σε διαφορετικά εξελικτικά στάδια των άστρων: Κύρια ακολουθία (main sequence) («καύση» Η στον πυρήνα) Turn off (TO) Κλάδος των ερυθρών γιγάντων (red giant branch) («καύση» Η σε φλοιό γύρω από τον πυρήνα) Το άκρο του κλάδου των ερυθρών γιγάντων (tip of the RGB)- Helium flash (έναρξη θερμοπυρηνικής «καύσης» Ηe στον πυρήνα) Οριζόντιος κλάδος (Ηorizontal branch)- Schwarzschild gap in the HB (Gap); («καύση Ηe στον πυρήνα και Η στον φλοιό) Ασυμπτωτικός κλάδος (Asymptotic Giant Branch, AGB); («καύση» σε δυο φλοιούς γύρω από τον πυρήνα, He και Η) Λευκοί νάνοι (white dwarfs) Σύγκριση τέτοιων διαγραμμάτων με θεωρίες αστρικής εξέλιξης μας δίνουν στοιχεία για την ηλικία, την περιεκτικότητα σε μέταλλα, την ερύθρωση λόγω μεσοαστρικής απορρόφησης και την απόσταση του σμήνους.
Measure of stellar luminosity Measure of surface effective temperature Το παρατηρούμενο διάγραμμα Hertzsprung-Russell Diagram για ένα σφαιρωτό σμήνος MS-TO RR-Lyrae variables Distance (+Z) Red Giant Branch Metallicity +age Measure of stellar luminosity AGB MS turnoff AGE WD Measure of surface effective temperature
Ηλικία από το MS-TO Σχηματικό διάγραμμα HR για ταυτόχρονους πληθυσμούς διαφορετικής ηλικίας Luminosity Effective temperature Such diagrams are of course very useful diagnostics but they are not easy to construct for field populations In the Milky Way, as the distances of the stars are not usually known. Only recently with the measurement of parallactic distances to a large number of field stars (with the Hipparchos sattelite) it has been possible to construct a similar HRD for the MW disk.
ΗΛΙΚΙΑ ΤΟΥ ΣΦΑΙΡΩΤΟΥ ΣΜΗΝΟΥΣ NGC6779 Παράδειγμα ΗΛΙΚΙΑ ΤΟΥ ΣΦΑΙΡΩΤΟΥ ΣΜΗΝΟΥΣ NGC6779 Hatzidimitriou, Antoniou, et al. 2004MNRAS.348.1157 VTO = 19,793 0,006
ΣXETIKH ΗΛΙΚΙΑ ΤΟΥ ΣΦΑΙΡΩΤΟΥ ΣΜΗΝΟΥΣ NGC6779 Χρησιμοποιείται η σχέση των Chaboyer at al., AJ, 1996 : = VTO – VHB = 3,693 ± 0,050 [Fe/H] = -1,98 ± 0,15 Για καθεμία από τις σχέσεις του MV(RR) δίνονται οι συντελεστές bi με i = 1,…,5 Μόνο κοσμολογική έννοια έχει η απόλυτη ηλικία Για την κατανόηση του σχηματισμού του Γαλαξία χρειάζεται να υπολογιστεί η ... ΣΧΕΣΗ MV(RR) ΑΠΟΛΥΤΗ ΗΛΙΚΙΑ t(Gyrs) 1 0,17[Fe/H]+0,790 17,6 2 0,20[Fe/H]+0,980 20,3 3 0,15[Fe/H]+0,980 22,5 4 0,15[Fe/H]+0,725 17,1 5 0,20[Fe/H]+1,060 22,0 6 0,20[Fe/H]+0,820 7 0,25[Fe/H]+1,140 21,6 8 0,25[Fe/H]+0,915 17,0 9 0,30[Fe/H]+1,220 21,3 10 0,30[Fe/H]+1,010
ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΜΕΣΟΑΣΤΡΙΚΗΣ ΕΡΥΘΡΩΣΗΣ ΣΥΓΚΡΙΝΟΜΕΝΟ ΣΜΗΝΟΣ ENGC6779(B-V) ENGC6779(V-I) M15 0,35 0,47 M68 0,36 0,49
ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΩΣΗΣ ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΩΣΗΣ Προσέγγιση του RGB με πολυώνυμο 2ου βαθμού (Sarajedini, AJ, 1994)
Μελανές οπές ενδιάμεσης μάζας (~102 - ~103 Μסּ) σε αστρικά σμήνη Μελανές οπές ενδιάμεσης μάζας (~102 - ~103 Μסּ) σε αστρικά σμήνη BH of 4000 solar masses BH of 20,000 solar masses
N. Lutzgendorf et al. 2013
Πολλαπλές γενεές σε σφαιρωτά σμήνη