Jak powstają masywne młode gromady gwiazd?

Młode masywne gromady gwiazd to zbiory grawitacyjnie związanych gwiazd o łącznej masie materii równej ponad 10 000 mas Słońca i w wieku niższym niż 100 milionów lat. Zagęszczenie gwiazd w takich gromadach może osiągnąć, a nawet przekroczyć gęstość gwiazd w gromadach kulistych, dużo bardziej dojrzałych układach składających się z setek tysięcy gwiazd na obszarze o średnicy zaledwie kilkudziesięciu lat świetlnych. Obserwacje wskazują, że młode masywne gromady gwiazd mają bardzo różne rozmiary: istnieją otwarte gromady o niskiej masie, w których znajduje się zaledwie 100 mas Słońca, a także i takie o masie stu milionów mas Słońca.

Dlaczego tak jest? Nie wiadomo, ale ma to istotne skutki. Gromady tego typu o najwyższej masie mogą być analogami pierwotnego stanu dzisiaj obserwowanych najstarszych dużych gromad kulistych, które powstały na początku Wszechświata. Ogólnie uważa się, że od czasów wczesnego Wszechświata do dnia dzisiejszego mogły przetrwać i wyewoluować tylko najmasywniejsze gromady, natomiast te o niższej masie stosunkowo szybko uległyby dezintegracji. Jeżeli tak faktycznie jest to zrozumienie młodych masywnych gromad pozwoli nam dokładniej poznać procesy formowania gromad każdego rozmiaru, także gromad kulistych.

Mechanizm powstawania masywnych młodych gromad gwiazd nie jest do końca poznany. Dwa najpopularniejsze scenariusza to formowanie gromad z obłoków materii charakteryzujących się najwyższą gęstością w centrum, które stopniowo ewoluuje i powoli pozbywa się pozostałego gazu (model “monolityczny”) oraz formowanie w mniejszych grupach gwiazd, które z czasem łączą się w jedną centralnie skondensowaną grupę (model “hierarchiczny”). Daniel Walker, astronom z CfA wraz ze współpracownikami przetestował zmodyfikowane wersje obu scenariuszy powstawania gromad w trybie “pasa transportowego” (zarówno obłok jak i gromada gwiazd się kurczą), w trybie “in-situ” (gęsty gaz w ogóle lub nieznacznie ulega kontrakcji) lub w trybie “pękania” (gaz ma większą gęstość niż młode gwiazdy, ale następnie jego gęstość spada wraz z rozszerzaniem obłoku).

Naukowcy stworzyli próbkę dziesięciu młodych masywnych obłoków gazu i porównali je z sześcioma istniejącymi młodymi masywnymi gromadami w centralnym regionie naszej galaktyki, a następnie przeanalizowali ich właściwości obserwując emisję pyłu w zakresie submilimetrowym – co pozwoliło na zmierzenie mas i temperatur. Okazało się, że tryb “pasa transportowego” najczęściej okazywał się najbardziej prawdopodobny, choć w nielicznych przypadkach dopuszczalny był także tryb “in-situ”. Wyniki analiz wskazują, że młode masywne gromady gwiazd formują się gdy obłoki ulegają stopniowej kontrakcji kumulując coraz więcej masy w swoim centrum przy jednocześnie zachodzących procesach gwiazdotwórczych.

Źródło: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics