กระจุกดาวทรงกลมเป็นพื้นที่ที่ดาวฤกษ์หนาแน่นรวมกันหนาแน่นกว่าดาวฤกษ์ในพื้นที่ของเราถึง 10,000 เท่า หลักฐานใหม่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลแสดงให้เห็นว่ากระจุกดาวทรงกลมจะแยกตัวออกไปกักตุนดาวมวลสูงในใจกลางและผลักดาวมวลน้อยออกไปที่ขอบ ฮับเบิลจับภาพของกระจุกดาวทรงกลม 47 Tucanae เป็นเวลาเกือบ 7 ปีทำให้นักดาราศาสตร์สามารถวางแผนตำแหน่งของดาวฤกษ์ที่เคลื่อนที่ในกระจุกดาวได้อย่างระมัดระวังแล้วคำนวณว่าใกล้กับจุดศูนย์กลางมากแค่ไหน
ลองนึกภาพว่าพยายามเข้าใจว่าเกมฟุตบอลทำงานอย่างไรบนพื้นฐานของภาพรวมของเกมที่กำลังเล่นอยู่ นักดาราศาสตร์ได้เผชิญหน้ากับความท้าทายนี้เมื่อมันมาถึงการทำความเข้าใจพลวัตของฝูงรังผึ้งในกระจุกดาวทรงกลมที่โคจรรอบกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา ตอนนี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซ่าได้จัดเตรียมหลักฐานการสังเกตการณ์ที่ดีที่สุดให้กับนักดาราศาสตร์จนถึงปัจจุบันว่ากระจุกดาวทรงกลมเรียงลำดับดาวตามมวลของพวกมันซึ่งควบคุมโดยเกมลูกบิลเลียดแรงโน้มถ่วงระหว่างดวงดาว ดาวฤกษ์ที่มีน้ำหนักมากจะชะลอตัวและจมลงในแกนกลางของกระจุกดาวในขณะที่ดาวที่เบากว่าจะรับความเร็วและเคลื่อนที่ข้ามกระจุกไปยังขอบรอบนอก กระบวนการนี้เรียกว่า "การแยกมวลชน" เป็นที่สงสัยกันมานานสำหรับกระจุกดาวทรงกลม แต่ไม่เคยเห็นมาก่อนในการกระทำ
กระจุกดาวทรงกลมทั่วไปมีดาวหลายแสนดวง แม้ว่าความหนาแน่นของดาวฤกษ์จะมีขนาดเล็กมากในเขตรอบนอกของระบบดาวฤกษ์ แต่ความหนาแน่นของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ใจกลางอาจสูงกว่าในพื้นที่ใกล้เคียงดวงอาทิตย์ของเรามากกว่า 10,000 เท่า หากเราอาศัยอยู่ในพื้นที่แห่งนี้ท้องฟ้ายามค่ำคืนจะสว่างไสวด้วยดาว 10,000 ดวงที่จะเข้าใกล้เรามากกว่าดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดไปยังดวงอาทิตย์อัลฟาเซ็นทอรีซึ่งอยู่ห่างออกไป 4.3 ปีแสง (หรือประมาณ 215,000 เท่าของระยะทาง ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์) เช่นเดียวกับรถใต้ดินที่เต็มไปด้วยผู้สัญจรฝูงชนที่เป็นดาวดวงนี้จะเพิ่มความน่าจะเป็นในการเผชิญหน้ากันระหว่างดวงดาวแม้กระทั่งการชนและการควบรวม ผลสะสมของการเผชิญหน้าดังกล่าวจำนวนมากคือการแยกมวลที่คาดหวังในทางทฤษฎี แต่ในขณะเดียวกันสภาพที่แออัดทำให้ยากที่จะระบุดาวแต่ละดวงได้อย่างแม่นยำ
นักดาราศาสตร์ต้องรอความคมชัดสูงสุดของวิสัยทัศน์ฮับเบิลเพื่อติดตามการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์หลายพันดวงในกระจุกดาวเดี่ยว ขณะนี้มีการตรวจวัดความเร็วที่แม่นยำสูงสำหรับดาว 15,000 ดวงที่ศูนย์กลางของกระจุกดาวทรงกลมที่อยู่ใกล้เคียง 47 Tucanae ซึ่งเป็นหนึ่งในกระจุกดาวทรงกลมที่หนาแน่นที่สุดในซีกโลกใต้ ดาวเหล่านี้มีจำนวนน้อยมากที่หาได้ยากมากที่รู้จักกันในชื่อ“ หลงทางสีน้ำเงิน”: ดาวร้อนและสว่างผิดปกติที่คิดว่าเป็นผลมาจากการชนกันระหว่างดาวสองดวงปกติ
ความเร็วของดวงดาวที่หลงทางสีน้ำเงินเห็นด้วยกับการทำนายการแยกตัวของมวล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเปรียบเทียบระหว่างพลัดหลงสีน้ำเงิน (ที่มีมวลดาวฤกษ์เฉลี่ยสองเท่า) และดาวอื่น ๆ แสดงว่าตามที่คาดไว้พวกมันเคลื่อนที่ช้ากว่าดาวเฉลี่ยมากขึ้น
ด้วยการใช้ Wide Field และ Planetary Camera 2 และกล้องขั้นสูงรุ่นใหม่สำหรับการสำรวจบนฮับเบิล Georges Meylan จาก Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) ใน Sauverny, สวิตเซอร์แลนด์และผู้ทำงานร่วมกันได้ถ่ายภาพหลายภาพในภาคกลางสิบชุด ประมาณ 6 ปีแสงของศูนย์) จาก 47 Tucanae ภาพถูกถ่ายในช่วงเวลาปกติมากกว่าเกือบเจ็ดปี ด้วยการวัดตำแหน่งของดาวฤกษ์มากถึง 130,000 ดวงอย่างระมัดระวังใน“ ภาพรวม” เหล่านี้การวัดตำแหน่งที่เล็กมากสามารถวัดได้เมื่อเวลาผ่านไปหักหลังการเคลื่อนที่ของดวงดาวบนท้องฟ้า ได้รับความเร็วที่แม่นยำสำหรับดาวฤกษ์เกือบ 15,000 ดวงในกระจุกดาวนี้ จากจำนวน 15,000 คน 23 คนเป็นพลัดหลงสีน้ำเงิน
นี่คือตัวอย่างความเร็วที่ใหญ่ที่สุดที่เคยมีการรวบรวมด้วยเทคนิคใด ๆ กับเครื่องมือใด ๆ สำหรับกระจุกดาวทรงกลมในทางช้างเผือก ผลลัพธ์ยังถูกใช้เพื่อตรวจสอบว่ามีหลุมดำอยู่ในแกนกลางของคลัสเตอร์หรือไม่โดยการค้นหาแรงโน้มถ่วง แต่การเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ที่ถูกวัดออกมานั้นเป็นหลุมดำขนาดใหญ่มาก
จากการสำรวจเหล่านี้ฮับเบิลประสบความสำเร็จในเวลาน้อยกว่าทศวรรษสิ่งที่จะต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินเป็นเวลานานเกือบหนึ่งศตวรรษเนื่องจากสภาพการสังเกตจากพื้นดินแย่ลง การศึกษาเป็นไปไม่ได้หากปราศจากวิสัยทัศน์ที่ชัดเจนของฮับเบิล ผลกระทบจากชั้นบรรยากาศของโลกทำให้ภาพของดวงดาวต่าง ๆ ในแกนกลางกระจุกดาวหนาแน่นมาก การเคลื่อนที่เชิงมุมโดยทั่วไปของดาวฤกษ์ปกติที่อยู่ในใจกลางของ 47 Tucanae นั้นพบว่ามีมากกว่าหนึ่งสิบล้านองศาต่อปี ซึ่งหมายความว่าการเคลื่อนที่เชิงมุมของดาวในหนึ่งปีนั้นเท่ากับขนาดเชิงมุมของค่าเล็กน้อยที่มองเห็นราวกับว่ามันอยู่ห่างออกไป 4,500 ไมล์
เพื่อใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่จากภาพฮับเบิลที่สวยงามเหล่านี้นักดาราศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการวิเคราะห์ข้อมูลใหม่ทั้งหมดซึ่งในที่สุดก็ทำการตรวจวัดการเคลื่อนที่ที่เหมาะสม (ความเร็ว) ที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของดาวในระดับประมาณ 1 / 100th ของพิกเซล (รูปภาพ) - องค์ประกอบ) บนกล้องดิจิตอลของฮับเบิล
ผลการวิจัยถูกตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal Supplementary Series
ทีมงานต่างประเทศทำขึ้นจากนักวิทยาศาสตร์ต่อไปนี้: D.E. McLaughlin (มหาวิทยาลัยเลสเตอร์), J. Anderson (มหาวิทยาลัยไรซ์), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (มหาวิทยาลัยเท็กซัสแห่งออสติน), C. Pryor (มหาวิทยาลัย Rutgers), D. Minniti (Pontifica Universidad Catolica) และ S. Phinney (Caltech)
ที่มาดั้งเดิม: ข่าวจากฮับเบิล
