Các cụm sao hình cầu là các khu vực của không gian nơi các ngôi sao tập trung dày đặc với nhau - dày đặc hơn 10.000 lần so với khu vực sao địa phương của chúng ta. Bằng chứng mới từ Kính viễn vọng Không gian Hubble đã chỉ ra rằng các cụm sao cầu sẽ tự thoát ra, tích trữ nhiều ngôi sao lớn hơn ở trung tâm và đẩy các ngôi sao nhỏ hơn ra ngoài rìa. Hubble đã chụp được hình ảnh của cụm sao cầu 47 Tucanae trong gần 7 năm, cho phép các nhà thiên văn học vẽ sơ đồ cẩn thận vị trí của các ngôi sao di chuyển trong cụm sao, và sau đó tính toán xem chúng ở gần trung tâm như thế nào.
Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng hiểu cách một trò chơi bóng đá hoạt động dựa trên chỉ một vài bức ảnh chụp mờ của trò chơi đang chơi. Các nhà thiên văn học đã phải đối mặt với thách thức này khi tìm hiểu về động lực học của các ngôi sao trong các cụm sao hình cầu quay quanh thiên hà Milky Way của chúng ta. Giờ đây, Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA đã cung cấp cho các nhà thiên văn học bằng chứng quan sát tốt nhất cho đến nay rằng các cụm sao cầu sắp xếp các ngôi sao theo khối lượng của chúng, được điều khiển bởi một trò chơi bóng bi-a hấp dẫn giữa các ngôi sao. Các ngôi sao nặng hơn chậm lại và chìm xuống lõi cụm, trong khi các ngôi sao nhẹ hơn tăng tốc và di chuyển qua cụm đến ngoại vi của nó. Quá trình này, được gọi là sự phân tách khối lượng, từ lâu đã bị nghi ngờ đối với các cụm sao hình cầu, nhưng chưa bao giờ được nhìn thấy trực tiếp trong hành động.
Một cụm sao cầu điển hình chứa vài trăm nghìn ngôi sao. Mặc dù mật độ của các ngôi sao rất nhỏ ở vùng ngoại ô của các hệ sao như vậy, mật độ sao gần trung tâm có thể cao hơn 10.000 lần so với vùng lân cận địa phương của Mặt trời của chúng ta. Nếu chúng ta sống trong một vùng không gian như vậy, bầu trời đêm sẽ bốc cháy với 10.000 ngôi sao gần chúng ta hơn ngôi sao gần nhất với Mặt trời, Alpha Centauri, cách xa 4,3 năm ánh sáng (hoặc khoảng 215.000 lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời). Giống như một chiếc xe điện ngầm chật cứng người đi lại, đám đông này xuất hiện mạnh mẽ làm tăng khả năng gặp phải giữa các ngôi sao, thậm chí là va chạm và sáp nhập. Kết quả tích lũy của nhiều cuộc gặp gỡ như vậy là sự phân chia khối lượng theo lý thuyết dự kiến. Nhưng đồng thời điều kiện đông đúc như vậy khiến việc xác định chính xác từng ngôi sao trở nên vô cùng khó khăn.
Các nhà thiên văn học đã phải chờ đợi độ sắc nét cực cao của tầm nhìn Hubble, để theo dõi chuyển động của hàng ngàn ngôi sao trong một cụm sao cầu duy nhất. Bây giờ tốc độ chính xác cao đã được đo cho 15.000 ngôi sao tại chính trung tâm của cụm sao cầu gần đó 47 Tucanae - một trong những cụm sao dày nhất ở Nam bán cầu. Một số lượng nhỏ những ngôi sao này thuộc loại rất hiếm được gọi là stragglers màu xanh da trời: những ngôi sao nóng và sáng bất thường từ lâu được cho là sản phẩm của sự va chạm giữa hai ngôi sao bình thường.
Vận tốc của các ngôi sao lảo đảo màu xanh đồng ý với dự đoán của sự phân chia khối lượng. Cụ thể, một so sánh giữa các ngôi sao màu xanh lam (có khối lượng gấp đôi khối lượng của ngôi sao trung bình) và các ngôi sao khác cho thấy, như dự đoán, chúng di chuyển chậm hơn so với các ngôi sao trung bình.
Sử dụng Máy ảnh trường rộng và hành tinh 2 và công cụ Máy ảnh khảo sát nâng cao mới hơn trên Hubble, Georges Meylan của Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) ở Sauverny, Thụy Sĩ và các cộng tác viên đã chụp mười bộ ảnh của khu vực trung tâm (trong một khoảng cách trong khoảng 6 năm ánh sáng của trung tâm) của 47 Tucanae. Hình ảnh được chụp trong khoảng thời gian đều đặn trong gần bảy năm. Bằng cách cẩn thận đo lường vị trí của 130.000 ngôi sao trong mỗi bức ảnh chụp nhanh này, những thay đổi vị trí cực kỳ nhỏ có thể được đo theo thời gian, phản bội chuyển động của các ngôi sao trên bầu trời. Vận tốc chính xác đã đạt được cho gần 15.000 ngôi sao trong cụm sao này. Trong số 15.000 này, 23 là stragglers màu xanh.
Đây là mẫu vận tốc lớn nhất từng được thu thập, bằng bất kỳ kỹ thuật nào với bất kỳ dụng cụ nào, cho một cụm cầu trong Dải Ngân hà. Các kết quả cũng được sử dụng để kiểm tra xem một lỗ đen có tồn tại trong lõi cụm hay không, bằng cách tìm kiếm lực hấp dẫn của nó. Nhưng các chuyển động sao được đo lường loại trừ một lỗ đen rất lớn.
Với những quan sát này, Hubble đã hoàn thành trong vòng chưa đầy một thập kỷ, những gì sẽ có được kính viễn vọng trên mặt đất miễn là gần một thế kỷ vì điều kiện quan sát từ mặt đất kém hơn. Nghiên cứu sẽ không thể thực hiện được nếu không có tầm nhìn sắc nét của Hubble. Từ mặt đất, hiệu ứng nhòe của bầu khí quyển Trái đất làm mờ hình ảnh của vô số ngôi sao trong lõi cụm đông đúc. Chuyển động góc điển hình của ngay cả những ngôi sao bình thường ở trung tâm 47 Tucanae được tìm thấy chỉ hơn một phần mười triệu một độ mỗi năm. Điều này có nghĩa các chuyển động góc của một ngôi sao trong một năm tương đương với kích thước góc của một xu thấy như thể nó là 4.500 dặm.
Để tận dụng tối đa những hình ảnh Hubble tinh tế này, các nhà thiên văn học đã phát triển các phương pháp phân tích dữ liệu hoàn toàn mới, cuối cùng cung cấp các phép đo chuyển động thích hợp (vận tốc) tương ứng với sự thay đổi vị trí của các ngôi sao ở mức khoảng 1/100 pixel (hình ảnh -element) trên máy ảnh kỹ thuật số của Hubble.
Kết quả được công bố trong sê-ri Tạp chí Vật lý thiên văn tháng 9.
Nhóm nghiên cứu quốc tế được tạo ra từ các nhà khoa học sau: D.E. McLaughlin (Đại học Leicester), J. Anderson (Đại học Rice), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (Đại học Texas tại Austin), C. Pryor (Đại học Rutgers), D. Triniti (Pontifica Đại học Catolica) và S. Phinney (Caltech).
Nguồn gốc: Tin tức Hubble
