جهان هستی، از اتمهای ریز مقیاس گرفته تا خوشههای کهکشانی غولپیکر، سرشار از پدیدههای پیچیده است. جایی در بخش غولپیکرها، خوشههای ستارهای هستند. خوشههای ستارهای گروههایی متشکل از صدها تا میلیونها ستاره هستند که مقایسه سن و ترکیب آنها بینشهای مهمی را درباره تکامل ستارهها در اختیار اخترشناسان قرار میدهد. در این مقاله، هر چیزی را که باید درباره خوشههای ستارهای بدانید توضیح میدهیم. پس با ما همراه باشید.
خوشه ستارهای چه فرقی با کهکشان دارد؟
خوشههای ستارهای از مناطق بزرگ بینستارهای حاوی گاز و غبار به نام ابر مولکولی بهوجود میآیند. متراکمترین نواحی این ابرهای مولکولی به درون خود فرو میریزند و ستارهها را تشکیل میدهند.
در بعضی موارد، ستارهها بعد از بهوجود آمدن پراکنده میشوند. بااینحال اگر تعداد کافی از ستارهها بهاندازه کافی نزدیک هم تشکیل شده باشند، ممکن است توسط نیروی گرانش گیر بیفتند و به خوشه ستارهای تبدیل شوند. خوشههای ستارهای کهکشان نیستند، اگرچه کهکشانها نیز گروههایی از ستارهها هستند که توسط نیروی گرانش کنار هم قرار گرفتهاند.
| بیشتر بخوانید: ده سیاره شبیه به زمین |
| ویژگی | خوشه ستارهای | کهکشان |
| اندازه (تعداد ستاره) | صدها تا میلیونها ستاره | میلیاردها تا تریلیونها ستاره |
| عامل نگهداری | نیروی گرانش متقابل ستارههای خودشان | نیروی گرانش خود و وجود ماده تاریک |
| سن ستارهها | تقریباً همسن (از یک ابر مولکولی مشترک) | دارای ستارههایی با سنین و مراحل تکامل متفاوت |
| ترکیب عناصر | تقریباً یکسان (از یک ابر مولکولی مشترک) | دارای ستارههایی با ترکیبات شیمیایی متفاوت |
| محتویات دیگر | عمدتاً ستاره، گاز و غبار کم | شامل ستارهها، خوشههای ستارهای، ابرهای مولکولی، ماده تاریک و غیره |
| رابطه مکانی | جزئی از یک کهکشان هستند | میزبان خوشههای ستارهای و سایر اجرام هستند |
سادهترین تفاوت این است که آیا ستارهها توسط نیروی گرانش خود به یکدیگر وصل شدهاند یا برای حفظ ساختار خوشه باید ماده تاریک در آن وجود داشته باشد. اگر پای ماده تاریک وسط باشد، گروه ستارهها احتمالا کهکشان است.
همچنین، کهکشانها معمولا بزرگتر از خوشههای ستارهای هستند. کهکشانها مثل شهرهایی هستند که خوشههای ستارهای در آنها زندگی میکنند. کهکشانها هزاران یا بیشتر از هزاران خوشه ستارهای، ابرهای مولکولی، ماده تاریک و غیره را در خود جا دادهاند.
عامل دیگری که خوشههای ستارهای را از کهکشانها متمایز میکند، این است که ستارههای یک خوشه تقریبا همسن هستند و از مواد تقریبا مشابهی ساخته شدهاند. زیرا از ابر مولکولی یکسانی بهوجود آمدهاند. در مقابل، ستارههای داخل کهکشان سن و ترکیب متفاوتی دارند. بههمین دلیل است که خوشههای ستارهای برای اخترشناسانی که تکامل ستارهای را مطالعه میکنند، بسیار مهم هستند.
اگر یک خوشه ستارهای ۱۰۰ میلیون سال و خوشه دیگری یک میلیارد سال قدمت داشته باشد، انگار دو عکس فوری از زندگی ستارهها داریم. مقایسه این دو کمک میکند بفهمیم که درون ستارهها چه میگذرد و در طول عمر خود چگونه تکامل مییابند.
سه نوع اصلی خوشه ستارهای وجود دارد. هر کدام از آنها ویژگیهای متفاوتی دارند و اطلاعات متفاوتی را در اختیار اخترشناسان قرار میدهند.
| نوع خوشه | تعداد ستاره | شکل | سن تقریبی | ترکیب فلزی | تولید ستاره جدید | مثالهای معروف |
| خوشه کروی | هزاران تا میلیونها | کروی، هسته متراکم | ۱۰ میلیارد سال (بسیار قدیمی) | کمفلز (عناصر سنگین کمتر) | خیر (گاز و غبار کم) | امگا قنطورس (بزرگترین در راه شیری)، M13 |
| خوشه باز | چند صد تا چند هزار | بیشکل، نامنظم | چند میلیون تا ۱ میلیارد سال (جوانتر) | طیف وسیعتری از عناصر | بله (حاوی گاز و غبار) | خوشه پروین (M45)، قلائص (نزدیکترین به زمین) |
| اجتماع ستارهای | دهها تا صدها | نامنظم (ستارهها پراکندهتر) | مشابه خوشههای باز | مشابه خوشههای باز | خیر (بهدلیل پراکندگی) | (اغلب خوشههای باز سابق که پیوند گرانشی خود را از دست دادهاند) |
اگر با چشم غیرمسلح به خوشه ستارهای کروی نگاه کنیم، مثل لکه کمنوری در تاریکی فضا بهنظر میرسد. اما تلسکوپ شکل واقعی آن را نشان میدهد، یعنی هزاران تا میلیونها ستاره که شکلی کروی را با هستهای درخشان و متراکم تشکیل دادهاند.
بر اساس گزارش مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین، ستارههایی که در خوشههای کروی هستند در روزهای اولیه کیهان، یعنی حدود ۱۰ میلیارد سال پیش شکل گرفتهاند و از قدیمیترین ستارههای موجود محسوب میشوند.
از آنجایی که این ستارهها قدمت بسیار زیادی دارند، کمفلز هستند، یعنی عناصر سنگینی را که در جهان اولیه وجود نداشت (عناصری که بعدا توسط ابرنواخترها ایجاد شد)، در ساختار خود ندارند. همچنین از آنجایی که گاز و غبار کمی دارند، ستارههای جدید تولید نمیکنند.
ستارهشناسان حدود ۱۵۰ خوشه کروی در کهکشان راه شیری کشف کردهاند. در مقابل، طبق گفته مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان، کهکشان آندرومدا حدود ۴۰۰ و کهکشان M87 بیش از ۱۰ هزار خوشه کروی دارد.
امگا قنطورس، بزرگترین خوشه کروی شناختهشده در کهکشان راه شیری طبق گزارش ناسا و M13، یکی از درخشانترین خوشهها، از معروفترین خوشههای کروی هستند.
اگرچه بطلمیوس، اخترشناس یونانی، امگا قنطورس را در قرن دوم پس از میلاد مشاهده کرد، به اشتباه فکر کرد که ستاره است. در سال ۱۶۷۷، ادموند هالی نیز آن را به اشتباه بهعنوان سحابی شناسایی کرد. در نهایت، جان هرشل، در دهه ۱۸۳۰ بهدرستی آن را بهعنوان خوشه کروی تشخیص داد.
M13 در سال ۱۷۱۴ توسط هالی کشف شد و چارلز مسیه آن را در سال ۱۷۴۶ به فهرست اجرام معروف خود اضافه کرد، اگرچه در ابتدا معتقد بود که هیچ ستارهای در آن وجود ندارد.
برخلاف خوشههای کروی، خوشههای باز که بهعنوان خوشههای کهکشانی نیز شناخته میشوند، شکل مشخصی ندارند. ستارهها در این خوشهها در گروه بیشکلی توسط نیروی گرانش ضعیفتری کنار هم قرار گرفتهاند.
خوشههای باز فقط چند صد یا چند هزار ستاره دارند در نتیجه، چگالی آنها بسیار کمتر از خوشههای کروی است. به گفته مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان، خوشههای باز بسیار جوانتر هستند و قدیمیترین آنها فقط حدود یک میلیارد سال سن دارد. در نتیجه، طیف وسیعتری از عناصر در ترکیب آنها وجود دارد.
همه خوشههای ستارهای در طول زمان در فرایندی به نام "تبخیر" ستارههای خود را از دست میدهند. از آنجایی که خوشههای باز از نظر گرانشی محدودت کمتری دارند، ستارههای آنها وقتی توسط جسم دیگری مثل ابر مولکولی بزرگی کشیده میشوند راحتتر از گروه جدا میشوند.
بااینحال، این تنها راهی نیست که خوشههای باز، ستارههای خود را از دست میدهند. همانطور که ستارهها دور خوشه ستارهای میچرخند، گاهی بسیار به هم نزدیک میشوند و برخورد گرانشی رخ میدهد.
| بیشتر بخوانید: یک سال در سیارههای دیگر چقدر است؟ |
در اثر برخورد گرانشی، مثلا بین سه ستاره، معمولا یک ستاره با سرعت زیاد به بیرون پرتاب میشود. اگر سرعت پرتاب شدن بهاندازه کافی بالا باشد، ستاره بهطور کامل از خوشه خارج میشود. خوشه پروین معروفترین خوشه باز است که بهعنوان M45 یا هفت خواهران نیز شناخته میشود، اگرچه عبارت هفت خواهران تا حدودی گمراهکننده است.
به گفته ناسا، این خوشه بیش از هزار ستاره دارد که تعداد انگشتشماری از درخشانترین آنها با چشم غیرمسلح قابلمشاهده هستند. از دیگر خوشههای باز شناختهشده میتوان به قلائص که نزدیکترین خوشه باز به زمین است و خوشه دوتایی در صورت فلکی برساووش که از دو خوشه کنار هم تشکیل شده است، اشاره کرد.
اگرچه اجتماعهای ستارهای با خوشههای ستارهای گروهبندی میشوند، کمی متفاوت هستند. اجتماعهای ستارهای گروههایی متشکل از دهها تا صدها ستاره هستند که سن و ترکیب فلزی مشابهی دارند و تقریبا در یک جهت در کهکشان حرکت میکنند، ولی از نظر گرانشی با هم مرتبط نیستند. دانشمندان حدس میزنند بعضی از جمعهای ستارهای احتمالا زمانی خوشه ستارهای باز بودهاند ولی بهدلیل از دست دادن ستاره در فرایند تبخیر، دیگر پیوند گرانشی خود را ندارند.
۱. خوشه ستارهای چیست؟
خوشه ستارهای گروهی از صدها تا میلیونها ستاره است که توسط نیروی گرانش به هم متصل شدهاند. این ستارهها تقریباً همزمان و از یک ابر مولکولی مشترک تشکیل شدهاند.
۲. چه فرقی بین خوشه ستارهای و کهکشان وجود دارد؟
تفاوت اصلی این است که خوشههای ستارهای کوچکترند (صدها تا میلیونها ستاره) و پیوند گرانشی آنها عمدتاً به دلیل جرم خود ستارههاست. در حالی که کهکشانها بسیار بزرگترند (میلیاردها ستاره) و برای حفظ ساختار خود به مقدار قابل توجهی ماده تاریک نیاز دارند. همچنین، ستارههای یک خوشه معمولاً همسن هستند، در حالی که کهکشانها شامل ستارههایی با سنین مختلفند.
۳. انواع اصلی خوشههای ستارهای کدامند؟
سه نوع اصلی وجود دارد: خوشههای کروی (بسیار قدیمی، متراکم و کرویشکل)، خوشههای باز (جوانتر، کمتر متراکم و بیشکل) و اجتماعهای ستارهای (گروههایی از ستارههای همسن که از نظر گرانشی ضعیفترند یا دیگر به هم متصل نیستند).
۴. چرا خوشههای ستارهای برای اخترشناسان مهم هستند؟
خوشههای ستارهای برای مطالعه تکامل ستارهها بسیار مهم هستند. چون ستارههای یک خوشه تقریباً همسن هستند و از مواد مشابهی ساخته شدهاند، اخترشناسان میتوانند با مقایسه خوشههای مختلف با سنهای متفاوت، درک بهتری از چگونگی تغییر و تحول ستارهها در طول عمرشان به دست آورند.
۵. معروفترین خوشههای ستارهای کدامند؟
از معروفترین خوشههای کروی میتوان به امگا قنطورس (بزرگترین خوشه کروی در کهکشان راه شیری) و M13 اشاره کرد. خوشه پروین (M45) و قلائص نیز از مشهورترین خوشههای باز هستند.
