Gromada otwarta - Polski Serwis Naukowy

Gromada otwarta – grupa nawet do kilku tysięcy luźno połączonych grawitacją gwiazd (w odróżnieniu od gromad kulistych, które są ciasno skupione), powstałych z jednej olbrzymiej chmury molekularnej. Gromady otwarte znajdują się wyłącznie w galaktykach spiralnych i nieregularnych, gdzie wciąż odbywa się proces powstawania gwiazd. Zwykle ich wiek nie przekracza kilkuset milionów lat. Podczas swojej wędrówki wokół centrum galaktyki, gromady otwarte są narażone na bliski kontakt z innymi gromadami czy chmurami gazu – mogą wtedy widocznie zmieniać kształt lub nawet wytracać poszczególne gwiazdy.

Teleskop (gr. tēle-skópos – daleko widzący) – przyrząd optyczny złożony z dwóch elementów optycznych: obiektywu i okularu (teleskop soczewkowy) lub z okularu i zwierciadła (teleskop zwierciadlany), połączonych tubusem. Służy do powiększania odległych obrazów. Zarówno teleskop soczewkowy, jak i teleskop zwierciadlany dają obraz rzeczywisty powiększony, odwrócony lub prosty.
Beryl (Be, łac. beryllium) – pierwiastek chemiczny, metal należący do drugiej grupy głównej układu okresowego. Jedynym stabilnym izotopem jest 9Be. Został odkryty przez Louisa Vauquelina w 1798 r.

Młode gromady otwarte wciąż mogą leżeć wewnątrz chmur, z których powstały, rozświetlając je. Z biegiem czasu wiatr gwiazdowy gromady wywiewa ten gaz. Zwykle tylko z około 10% całkowitej masy chmury powstaną gwiazdy, zanim ciśnienie promieniowania wypchnie jej resztę w przestrzeń, rozpraszając ją.

Gromady otwarte są bardzo ważnymi obiektami w badaniach ewolucji gwiazd. Ponieważ gwiazdy w gromadzie mają podobny wiek i skład chemiczny, efekty subtelnych czynników są znacznie lepiej dostrzegane niż w przypadku odizolowanych gwiazd.

Grawitacja (ciążenie powszechne) - jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.
Wiatr gwiazdowy – strumień cząstek materii z zewnętrznych warstw atmosfery gwiazdy. Intensywny wiatr gwiazdowy może prowadzić do znacznej utraty masy przez gwiazdę w trakcie jej ewolucji. Zjawisko jest wywołane przez ciśnienie promieniowania emitowanego przez gwiazdę (por. jasność Eddingtona) i przez zjawiska magnetyczne zachodzące w jej atmosferze.

Historia obserwacji

Gromada Ptolemeusza, znana w starożytności

Najbardziej widoczne gromady otwarte, takie jak Plejady, rozpoznano jako grupy gwiazd już w starożytności. Inne, widziane jako źródła rozmytego światła, czekały na odkrycie ich gwiazdowej natury aż do wynalezienia teleskopów. Obserwacje teleskopowe ujawniły dwa różne typy gromad gwiazd – jeden z nich to gromady zawierające setki tysięcy gwiazd, o regularnej kulistej koncentracji, znajdujące się głównie wokół centrum Drogi Mlecznej; drugi to gromady znacznie mniej bogate w gwiazdy, o bardziej nieregularnych kształtach, rozsiane po całym niebie. Te pierwsze astronomowie ochrzcili gromadami kulistymi, te drugie – otwartymi (nazywane też czasem gromadami galaktycznymi).

Paralaksa – efekt niezgodności różnych obrazów tego samego obiektu obserwowanych z różnych kierunków. W szczególności paralaksa odnosi się do jednoczesnego obserwowania obiektów leżących w różnych odległościach od obserwatora lub urządzenia obserwującego, a objawia się tym, że obiekty te na obu obrazach są oddalone od siebie o odmienną odległość kątową lub też nachodzą na siebie na tych obrazach w odmiennym stopniu.
Fala uderzeniowa – cienka warstwa, w której następuje gwałtowny wzrost ciśnienia gazu, rozchodząca się szybciej niż dźwięk. Fale uderzeniowe powstają podczas silnego wybuchu, ruchu ciała z prędkością ponaddźwiękową (np. samolot).

Już bardzo wcześnie zauważono, że gwiazdy w gromadach otwartych są fizycznie powiązane. W 1767, John Michell obliczył prawdopodobieństwo tego, że choćby jedna gromada gwiazd podobna do Plejad jest wynikiem przypadku na 1 do 496 tysięcy. Gdy astrometria stała się dokładniejsza, zauważono, że gwiazdy wewnątrz gromady poruszają się tym samym ruchem własnym. Wraz z rozpowszechnieniem spektroskopii odkryto natomiast, że mają również tę samą prędkość radialną. Te obserwacje wykazały, że gromady składają się z gwiazd uformowanych w tym samym czasie i związanych w grupę.

Emisja promieniowania to wysyłanie przez wzbudzony układ fizyczny (np. atom, jądro atomowe, ciało makroskopowe) energii w postaci promieniowania zarówno fal (np. światła, fal radiowych, dźwięku), jak i korpuskularnego (np. elektronów, cząstek α).
Gwiazda zmienna – gwiazda, która w znaczący sposób zmienia swoją jasność. Ogólnie rzecz biorąc, każda gwiazda wykazuje drobne fluktuacje jasności, ale są one w większości przypadków praktycznie niezauważalne – na przykład jasność Słońca zmienia się o ok. 0,1% w 11-letnim cyklu.

Gromady otwarte i kuliste są generalnie łatwo rozróżnialnymi typami ciał niebieskich. Gdy jednak gromada kulista jest słabiej skoncentrowana lub gromada otwarta wyjątkowo bogata, wtedy trudniej jest je odróżnić. Niektórzy astronomowie twierdzą, że oba typy gromad gwiazd powstają w ten sam sposób, z tą tylko różnicą, że warunki sprzyjające powstawaniu niezwykle bogatych gromad kulistych, zawierających setki tysięcy gwiazd, już nie zachodzą w naszej galaktyce. Obecnie w Drodze Mlecznej znamy 2095 gromad otwartych.

Świeca standardowa – obiekt astronomiczny o znanej absolutnej wielkości gwiazdowej. Porównując znaną jasność absolutną z jasnością pozorną (obserwowaną) możemy wyznaczyć odległość do takiego obiektu, korzystając z zależności:
Diagram Hertzsprunga-Russella (H-R) – wykres klasyfikujący gwiazdy. Został skonstruowany w 1911 r. przez E. Hertzsprunga, a w 1913 r. udoskonalony przez H.N. Russella.

Powstawanie

Obserwacje w podczerwieni ukazują powstającą gęstą gromadę otwartą Trapez w centrum Mgławicy Oriona

Wszystkie gwiazdy powstają w układach wielokrotnych, ponieważ tylko obłok gazu o masie wielokrotnie większej niż masa Słońca jest w stanie zapaść się pod wpływem własnej grawitacji. Jednocześnie, tak duży obłok generalnie nie może się zapaść w pojedynczą gwiazdę.

Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny, niemetal z bloku s układu okresowego. Jest to najprostszy możliwy pierwiastek o liczbie atomowej 1, składający się z jednego protonu i jednego elektronu.
Astrometria (astronomia pozycyjna) – najstarszy dział astronomii zajmujący się pomiarami pozornych położeń i ruchów ciał niebieskich. Dzieli się na astronomię sferyczną, zawierającą matematyczną teorię potrzebną do opisywania ruchów ciał na sferze niebieskiej oraz astronomię praktyczną, obejmującą teorię przyrządów astrometrycznych, metody obserwacji i ich opracowywania.

Powstanie gromady otwartej rozpoczyna się przez zapadanie ogromnej, zimnej, gęstej, chmury molekularnej (lub jej części), zawierającej sumaryczną masę do tysięcy mas Słońca. Wiele czynników wpływa na zapoczątkowanie zapadania i przez to formowanie się gwiazd – na przykład fale uderzeniowe z wybuchających w pobliżu supernowych lub gwałtowne oddziaływania grawitacyjne. Zapadający się obłok nie jest jednorodny – dzieli się stopniowo na mniejsze, gęstsze obszary, a ostatecznie, z najgęstszych skupisk może powstać do kilku tysięcy gwiazd. Oszacowano, że w naszej galaktyce gromady otwarte formują się w tempie jedna na kilka tysięcy lat.

Październik – dziesiąty miesiąc w roku, wg używanego w Polsce kalendarza gregoriańskiego, ma 31 dni. Jest najdłuższym miesiącem w roku kalendarzowym, ponieważ wypada wtedy zmiana z czasu letniego na zimowy (jest dłuższy o jedną godzinę od pozostałych 31-dniowych miesięcy). Nazwa miesiąca (wg Brücknera) (dawniej również paździerzec) pochodzi od słowa paździerze oznaczającego "odpadki od lnu lub konopi". Obok tego funkcjonowały również nazwy: paździerzec, paździerzeń, pościernik, a także winnik (por. starogermańska nazwa miesiąca Weinmond).
Galaktyki nieregularne (Irr – od ang. Irregular) – są galaktykami, które nie mają określonego symetrycznego kształtu. Stanowią ok. 5% populacji wszystkich galaktyk.

Gdy już rozpocznie się formowanie gwiazd, największe i najgorętsze z nich (znane jako gwiazdy typu OB) zaczną emitować spore ilości promieniowania ultrafioletowego, które szybko jonizuje otaczający gaz chmury molekularnej, tworząc ostatecznie obszar H II. Silny wiatr gwiazdowy i ciśnienie promieniowania pochodzące od największych gwiazd zacznie wywiewać obłok. Kilka milionów lat później w gromadzie pojawi się pierwsza supernowa – jej wybuch wypchnie kolejne porcje gazu w przestrzeń. Po kilkunastu, kilkudziesięciu milionach lat w gromadzie nie będzie już w ogóle gazu (oprócz tego w gwiazdach) i proces powstawania nowych gwiazd się zakończy. Zwykle z nie więcej niż 10% całkowitej masy chmury uformowane zostaną gwiazdy, zanim reszta gazu się rozproszy.

Hel (He, łac. helium) – pierwiastek chemiczny, z grupy gazów szlachetnych w układzie okresowym. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje wyłącznie w śladowych ilościach (4·10-7% w górnych warstwach atmosfery).
Wielka Niedźwiedzica (łac. Ursa Major, dop. Ursae Majoris, skrót UMa) – gwiazdozbiór okołobiegunowy nieba północnego, a zarazem trzecia co do wielkości konstelacja nieba. W Polsce, a zatem na naszej szerokości geograficznej, widoczna przez cały rok.

Często zdarza się, że z jednej chmury molekularnej powstaje nie jedna a kilka gromad otwartych. Na przykład Hodge 301 oraz R136 tworzą się z gazów Mgławicy Tarantula w Wielkim Obłoku Magellana. Również w naszej galaktyce znamy takie przypadki. Ruch Hiad oraz gromady Messier 44 sugeruje, że powstały one w tym samym obłoku około 600 milionów lat temu.

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego (materii) (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych (ciał, pól, cząstek, układów fizycznych), przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie.
Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O[1].

Niekiedy zachodzi ciekawa sytuacja, gdy dwie gromady narodzone w tym samym czasie zwiążą się siłami grawitacji by stworzyć układ podwójny gromad. Najlepszym znanym tego przykładem jest Podwójna gromada Perseusza (h i χ Persei), ale znanych jest jeszcze co najmniej 10 innych struktur tego typu. Znacznie więcej gromad podwójnych obserwujemy w Małym i Wielkim Obłoku Magellana – są łatwiejsze do zauważenia i rozpoznania w galaktykach innych niż nasza, gdyż efekt rzutowania może sprawiać wrażenie bliskości niepowiązanych gromad.

Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w płynie; gazie, cieczy bądź plazmie, np. powietrzu, wodzie, plazmie gwiazdowej. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym.
Gromada gwiazd to ugrupowanie gwiazd związanych wspólnym pochodzeniem, tzn. miejscem i czasem powstania z tej samej materii międzygwiazdowej. Gwiazdy należące do jednej gromady mają identyczny skład chemiczny, są też wzajemnie związane siłami grawitacji. Cechą charakterystyczną gromady gwiazd jest jądro, w którym koncentracja gwiazd przewyższa znacznie koncentrację gwiazd w najbliższym otoczeniu gromady. Jądro gromady otacza obszar koronalny mniej bogaty w gwiazdy. Gromady wyróżniają się wśród ogólnego tła, tworząc wyraźne obiekty o pewnych cechach wspólnych lub zbliżonych.

Morfologia i klasyfikacja

Osobny artykuł: Klasyfikacja gromad gwiazd.

Gromady otwarte znacznie różnią się między sobą liczbą składników – najmniejsze zawierają jedynie kilka gwiazd, podczas gdy największe mogą być ogromnymi skupiskami tysięcy gwiazd. Gęste centrum typowej gromady otwartej zwykle otacza bardziej rozproszona korona gwiazd. Jądro rozciąga się średnio na 3–4 lata świetlne, a cała gromada do około 20 lat świetlnych od niego. Gęstość centralnego obszaru gromad otwartych to typowo 1,5 gwiazdy na rok świetlny sześcienny (dla porównania, ta sama przestrzeń ze Słońcem w centrum ma gęstość 0,003 gwiazdy).

Trygonometria – dział matematyki, którego przedmiotem badań są związki miarowe między bokami i kątami trójkątów oraz funkcje trygonometryczne. Trygonometria powstała i rozwinęła się głównie w związku z zagadnieniami pomiarów na powierzchni Ziemi oraz potrzebami żeglugi morskiej (określenia położenia i kierunku przy pomocy ciał niebieskich). Na rozwój trygonometrii miały też znaczący wpływ badania astronomiczne.
Biały karzeł jest to niewielki (rzędu rozmiarów Ziemi) obiekt astronomiczny emitujący m.in. promieniowanie widzialne. Powstaje po ustaniu reakcji jądrowych w mało lub średnio masywnej gwieździe. Mało masywne gwiazdy (od 0,08 do 0,4 masy Słońca), nie osiągają w trakcie swojej ewolucji warunków wystarczających do zapłonu helu w reakcjach syntezy termojądrowej i powstają z nich białe karły helowe. Średnio masywne gwiazdy (od 0,4 do 1,4 masy Słońca) spalają hel dając białe karły węglowe, lub węglowo-tlenowe.

Gromady otwarte są często klasyfikowane według reguł podanych w 1930 przez Roberta Trumplera. Schemat ten opisuje trzy cechy gromady: rzymskie liczby od I do IV charakteryzują stopień skoncentrowania lub rozproszenia gromady (od bardzo gęstego do luźnego), arabskie od 1 do 3 opisują zakres jasności składników (od małego zróżnicowania do dużego), oraz litera p, m albo r oznaczają liczbę gwiazd w gromadzie, od niewielkiej (ang. poor), przez średnią (medium) do dużej (rich). Opcjonalnie, jeśli gromada zawiera mgławicę, dopisuje się na końcu literę n (ang. nebulosity).

Mgławice to obłoki gazu i pyłu międzygwiazdowego lub bardzo rozległe otoczki gwiazd (dawniej również tak nazywano galaktyki). W przestrzeni kosmicznej liczne są niewidoczne obłoki gazu możliwe do wykrycia tylko dzięki analizie ich widma w niewidzialnych dla oka zakresach. Ośrodek międzygwiazdowy gromadzi się w spiralnych ramionach galaktyk i jest w ciągłym ruchu. Jego tworzywo stanowią w 99% wodór i hel, zaś reszta to inne gazy oraz pył. Do mgławic należą także obłoki molekularne składające się głównie z wodoru dwuatomowego i tlenku węgla. Mają one temperaturę ok. 10 K. Miejscami zbijają się w gęste skupiska będąc kolebką nowych gwiazd. Rozmiary, temperatura i skład molekularny obłoku determinują rozmiary i przebieg życia rodzących się gwiazd (np. mgławica Oriona).
Ramię spiralne to region gwiazd rozchodzących się od centrum galaktyk spiralnych. Takie długie i cienkie regiony układają się w kształt podobny do spirali. Różne typy galaktyk spiralnych w klasyfikacji posiadają różne struktury ramion spiralnych. Galaktyki typu Sa i SBa są gęsto owinięte ramionami a galaktyki typu Sc i SBc mają ramiona luźne. W każdym wypadku ramiona spiralne zawierają wiele młodych gwiazd.

W schemacie Trumplera, Plejady sklasyfikowane są jako I,3,r,n (mocno skoncentrowane, bogate, zawierające mgławicę), natomiast leżące w pobliżu Hiady jako II,3,m (luźniejsze, z mniejszą ilością gwiazd).

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)