Bolvormige sterrenhopen zijn gebieden in de ruimte waar sterren dicht opeengepakt zitten - 10.000 keer dichter dan onze lokale sterrenwijk. Nieuw bewijs van de Hubble-ruimtetelescoop heeft aangetoond dat bolvormige sterrenhopen zichzelf zullen uitsorteren, meer massieve sterren in het midden oppotten en de minder zware sterren naar de randen duwt. Hubble legde bijna 7 jaar lang beelden vast van bolhoop 47 Tucanae, waardoor astronomen de posities van sterren die in de cluster bewegen nauwkeurig konden uitzetten en vervolgens konden berekenen hoe dicht ze bij het centrum waren.
Stel je voor dat je probeert te begrijpen hoe een voetbalspel werkt op basis van slechts een paar vage snapshots van het spel dat wordt gespeeld. Astronomen staan voor deze uitdaging als het gaat om het begrijpen van de dynamiek van de bijenkorfzwerm van sterren in de bolvormige sterrenhopen die rond ons Melkwegstelsel draaien. Nu heeft NASA's Hubble-ruimtetelescoop astronomen het beste observationele bewijs tot nu toe gegeven dat bolvormige sterrenhopen sterren sorteren op basis van hun massa, bestuurd door een zwaartekrachtsbiljartbalspel tussen sterren. Zwaardere sterren vertragen en zakken naar de kern van de cluster, terwijl lichtere sterren de snelheid opvoeren en over de cluster naar de periferie bewegen. Dit proces, 'massasegregatie' genoemd, wordt al lang vermoed voor bolvormige sterrenhopen, maar is nog nooit eerder direct in actie gezien.
Een typische bolhoop bevat enkele honderdduizenden sterren. Hoewel de dichtheid van sterren aan de rand van dergelijke stelsystemen erg klein is, kan de stellaire dichtheid nabij het centrum meer dan 10.000 keer hoger zijn dan in de lokale omgeving van onze zon. Als we in zo'n gebied van de ruimte zouden leven, zou de nachtelijke hemel in vuur en vlam staan met 10.000 sterren die dichter bij ons zouden staan dan de dichtstbijzijnde ster bij de zon, Alpha Centauri, die 4,3 lichtjaar verwijderd is (of ongeveer 215.000 keer de afstand) tussen de aarde en de zon). Als een metro-auto vol met pendelaars, vergroot deze stellaire drukte de kans op ontmoetingen tussen sterren, zelfs botsingen en fusies, sterk. Het cumulatieve resultaat van veel van dergelijke ontmoetingen is de theoretisch verwachte massascheiding. Maar tegelijkertijd maken zulke drukke omstandigheden het buitengewoon moeilijk om individuele sterren nauwkeurig te identificeren.
Astronomen moesten wachten op de extreme scherpte van Hubble's visie om de bewegingen van vele duizenden sterren in één bolhoop te volgen. Er zijn nu zeer nauwkeurige snelheden gemeten voor 15.000 sterren in het centrum van de nabijgelegen bolhoop 47 Tucanae - een van de dichtste bolhopen op het zuidelijk halfrond. Een klein aantal van deze sterren is van een zeer zeldzaam type dat bekend staat als "blauwe achterblijvers": ongebruikelijk hete en heldere sterren waarvan lang werd gedacht dat ze het product waren van botsingen tussen twee normale sterren.
De snelheden van de blauwe achterblijvers stemmen overeen met de voorspellingen van massasegregatie. Met name een vergelijking tussen blauwe achterblijvers (die tweemaal de massa van de gemiddelde ster hebben) en andere sterren laat zien dat ze, zoals verwacht, langzamer bewegen dan gemiddelde sterren.
Met behulp van de Wide Field and Planetary Camera 2 en het nieuwere Advanced Camera for Surveys-instrument op Hubble, namen Georges Meylan van de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) in Sauverny, Zwitserland en de medewerkers tien sets van meerdere beelden van de centrale regio (op afstand) van ongeveer 6 lichtjaar van het centrum) van 47 Tucanae. Gedurende bijna zeven jaar zijn er met regelmatige tussenpozen opnamen gemaakt. Door de posities van maar liefst 130.000 sterren in elk van deze 'snapshots' zorgvuldig te meten, konden in de loop van de tijd extreem kleine positieveranderingen worden gemeten, waardoor de bewegingen van de sterren aan de hemel werden verraden. In deze cluster werden voor bijna 15.000 sterren nauwkeurige snelheden verkregen. Van deze 15.000 waren er 23 blauwe achterblijvers.
Dit is het grootste monster van snelheden dat ooit is verzameld, door elke techniek met elk instrument, voor een bolhoop in de Melkweg. De resultaten werden ook gebruikt om te controleren of er een zwart gat in de kern van het cluster bestaat, door te zoeken naar de zwaartekracht. Maar de gemeten stellaire bewegingen sluiten een zeer massief zwart gat uit.
Met deze waarnemingen bereikte Hubble in minder dan een decennium wat telescopen vanaf de grond al bijna een eeuw zou duren vanwege slechtere waarnemingen vanaf de grond. De studie zou onmogelijk zijn geweest zonder de scherpe visie van Hubble. Vanaf de grond vervaagt het smerende effect van de atmosfeer van de aarde het beeld van de talrijke sterren in de overvolle clusterkern. De typische hoekbeweging van zelfs de normale sterren in het centrum van 47 Tucanae bleek iets meer dan een tien miljoenste graad per jaar te bedragen. Dit betekent dat de hoekbeweging van een ster in één jaar gelijk is aan de hoekgrootte van een dubbeltje dat wordt gezien alsof het zich op 4500 mijl afstand bevindt.
Om optimaal gebruik te maken van deze prachtige Hubble-beelden, ontwikkelden astronomen geheel nieuwe data-analysemethoden, die uiteindelijk metingen van de juiste bewegingen (snelheden) opleverden die overeenkwamen met veranderingen in de posities van sterren op het niveau van ongeveer 1 / 100ste van een pixel (afbeelding -element) op de digitale camera's van de Hubble.
De resultaten zijn gepubliceerd in de Astrophysical Journal Supplement Series van september.
Het internationale team bestaat uit de volgende wetenschappers: D.E. McLaughlin (University of Leicester), J. Anderson (Rice University), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (University of Texas in Austin), C. Pryor (Rutgers University), D. Minniti (Pontifica Universidad Catolica) en S. Phinney (Caltech).
Oorspronkelijke bron: Hubble News Release
