Συχνά όταν παρατηρούμε τον έναστρο ουρανό με κιάλια ή με γυμνό μάτι, συναντούμε περιοχές όπου είναι συγκεντρωμένα πολλά άστρα μαζί. Αυτά είναι τα κοσμήματα του Γαλαξία μας: πυκνές αστρικές γειτονιές που είναι γνωστές ως αστρικά σμήνη. Τα σμήνη των άστρων χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: στα ανοιχτά σμήνη και τα σφαιρωτά σμήνη.
Χαρακτηριστικά ανοιχτών σμηνών
Τα ανοιχτά σμήνη είναι ομάδες εκατοντάδων ή και χιλιάδων άστρων σχετικά μικρής ηλικίας. Μάλιστα, σε κάποια από αυτά συνεχίζουν να γεννιούνται νέα άστρα για πολλά χρόνια μετά τον σχηματισμό τους. Τα ανοιχτά σμήνη σχηματίζονται όταν ένα γιγάντιο νεφέλωμα καταρρέει βαρυτικά. Κατά την κατάρρευση του, το νεφέλωμα σπάει σε μικρά πυκνά τμήματα, τα οποία με τη σειρά τους γίνονται όλο και πιο πυκνά -υπό την επίδραση της βαρύτητας-, οδηγώντας τελικά στη γέννηση νέων άστρων. Στον δικό μας Γαλαξία σχηματίζεται ένα νέο ανοιχτό σμήνος κάθε μερικές χιλιάδες χρόνια.
Η κατάρρευση του αρχικού νεφελώματος μπορεί να προκληθεί από συγκρούσεις με άλλα νεφελώματα ή από αλληλεπιδράσεις με άλλα άστρα και σμήνη. Σε πολλές περιπτώσεις όμως, το γεγονός που πυροδοτεί την κατάρρευση είναι μια έκρηξη supernova κάποιου κοντινού αστέρα. Τα ανοιχτά σμήνη τα εντοπίζουμε κυρίως σε σπειροειδείς ή ακανόνιστους γαλαξίες που εμφανίζουν ακόμα αστρογένεση. Στον δικό μας Γαλαξία έχουν ήδη ανακαλυφθεί τουλάχιστον 1.100 ανοιχτά σμήνη αλλά πιθανότατα υπάρχουν πολύ περισσότερα.
Τα άστρα ενός ανοιχτού σμήνους μπορούν εύκολα να δραπετεύσουν λόγω των αλληλεπιδράσεων με άλλα άστρα και σμήνη. Στη συνέχεια συνεχίζουν να ταξιδεύουν μοναχικά γύρω από το γαλαξιακό κέντρο, όπως άλλωστε κάνει και ο Ήλιος μας. Επομένως, μετά από μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια τα ανοιχτά σμήνη διαλύονται.
Αξίζει να σημειωθεί ότι τα άστρα των αστρικών σμηνών βρίσκονται περίπου στην ίδια απόσταση από τη Γη και γεννήθηκαν όλα περίπου την ίδια εποχή, από τα ίδια υλικά. Επομένως, οι διαφορές που έχουν μεταξύ τους οφείλονται αποκλειστικά στη μάζα τους. Έτσι, η μελέτη των αστρικών σμηνών είναι εξαιρετικά χρήσιμη για την κατανόηση της εξελικτικής πορείας των άστρων βάσει της μάζας τους.
Η συνολική διάμετρος ενός ανοιχτού σμήνους συνήθως είναι μόνο μερικές δεκάδες έτη φωτός. Κι όμως, σε αυτόν τον χώρο βρίσκονται εκατοντάδες ή χιλιάδες άστρα, τα περισσότερα από τα οποία είναι συγκεντρωμένα στην κεντρική περιοχή του σμήνους.
Παραδείγματα ανοιχτών σμηνών
Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα ανοιχτού σμήνους είναι οι Πλειάδες, οι οποίες μάλιστα διακρίνονται εύκολα με γυμνό μάτι. Οι Πλειάδες περιέχουν τουλάχιστον 1.000 άστρα, αλλά αυτά που κυριαρχούν περισσότερο είναι τα θερμά μπλε άστρα που καίνε ταχύτατα τα καύσιμά τους. Έτσι, αν και έχουν μια ηλικία μόνο 100 εκατομμυρίων χρόνων, δηλαδή είναι νεαρά σε σχέση με τον Ήλιο μας, έχουν ήδη διανύσει τη μισή ζωή τους.
Το πιο κοντινό ανοιχτό σμήνος στη Γη, είναι οι Υάδες στον αστερισμό του Ταύρου, που βρίσκονται σε απόσταση 153 ετών φωτός. Ακόμα πιο εντυπωσιακό από τις Υάδες, όμως, είναι το Διπλό Σμήνος του Περσέα, που απέχει από εμάς περίπου 7.000 έτη φωτός. Το Διπλό Σμήνος περιέχει πολύ νεαρά άστρα, ηλικίας 13 εκατομμυρίων ετών.
Χαρακτηριστικά σφαιρωτών σμηνών
Η άλλη μεγάλη κατηγορία αστρικών σμηνών είναι τα σφαιρωτά σμήνη. Σε αντίθεση με τα ανοιχτά σμήνη, που έχουν τυχαίες δομές, τα σφαιρωτά σμήνη εμφανίζουν σφαιρική συμμετρία, ενώ τα άστρα τους παραμένουν εγκλωβισμένα στο βαρυτικό τους πεδίο. Μάλιστα, συνήθως περιέχουν εκατοντάδες χιλιάδες ή και εκατομμύρια άστρα. Τα σφαιρωτά σμήνη είναι από τους αρχαιότερους σχηματισμούς των γαλαξιών, καθώς αποτελούνται κυρίως από γερασμένα άστρα. Έτσι, τα εντοπίζουμε σε περιοχές όπου δεν πραγματοποιείται πια αστρογένεση.
Στον δικό μας Γαλαξία τα βρίσκουμε στη γαλαξιακή άλω, δηλαδή στον χώρο έξω και γύρω από τον γαλαξιακό δίσκο. Μέχρι στιγμής, γνωρίζουμε την ύπαρξη τουλάχιστον 150 σφαιρωτών σμηνών στον Γαλαξία. Όμως, ο τρόπος σχηματισμού τους παραμένει αινιγματικός μέχρι σήμερα. Σε γενικές γραμμές θεωρούμε ότι σχηματίστηκαν από πυκνές εκτάσεις αερίων, κατά τα πρώτα στάδια σχηματισμού του Γαλαξία μας.
Όπως και τα ανοιχτά σμήνη, έχουν κυρίως συνομήλικα άστρα, αν και έχουν παρατηρηθεί σφαιρωτά σμήνη με δύο ή περισσότερες γενιές άστρων, κάτι που περιπλέκει την εξήγηση της προέλευσής τους. Μια πιθανή εξήγηση που έχει δοθεί για τις νεότερες γενιές άστρων είναι η αλληλεπίδραση των σμηνών με νεφελώματα, τα οποία ενδεχομένως να έφεραν νέες εποχές αστρογένεσης στα σμήνη.
Όπως είναι αναμενόμενο, η συγκέντρωση των αστέρων σε ένα σφαιρωτό σμήνος αυξάνεται όσο κινούμαστε από έξω προς τα μέσα, ενώ δεν αποκλείεται στο κέντρο τους να βρίσκεται μια μαύρη τρύπα. Κατά μία έννοια λοιπόν μοιάζουν σαν μικροί γαλαξίες μέσα στον Γαλαξία μας. Μάλιστα, κάποια από τα σφαιρωτά σμήνη που γνωρίζουμε εμφανίζουν ανάδρομη κίνηση, δηλαδή κινούνται αντίθετα απ’ ό,τι τα υπόλοιπα άστρα του Γαλαξία. Αυτό δείχνει ότι ίσως να είναι πράγματι πυρήνες νάνων γαλαξιών που κάποτε εγκλωβίστηκαν στο βαρυτικό πεδίο του Γαλαξία μας.
Μια χαρακτηριστική τέτοια περίπτωση είναι το σφαιρωτό σμήνος Ωμέγα Κενταύρου. Το σμήνος αυτό βρίσκεται σε απόσταση περίπου 16.000 ετών φωτός από εμάς και είναι το μεγαλύτερο σφαιρωτό σμήνος του Γαλαξία, με διάμετρο 172 ετών φωτός. Η ηλικία των αρχαιότερων μελών του είναι περίπου 12 δισεκατομμύρια έτη, ενώ περιέχει τον τρομακτικό αριθμό των 10 εκατομμυρίων άστρων!
Εικόνα: ESA/Gaia/DPAC
Αν αφαιρέσουμε τον δίσκο του Γαλαξία, θα δούμε ότι τα σφαιρωτά σμήνη είναι κατανεμημένα γύρω από το γαλαξιακό κέντρο. Βασισμένος σε αυτό το γεγονός, ο Αμερικανός αστρονόμος Harlow Shapley (Χάρλοου Σάπλι) κατάφερε να προσδιορίσει τη θέση του γαλαξιακού κέντρου. Έτσι, στις αρχές του προηγούμενου αιώνα, οι άνθρωποι συνειδητοποίησαν ότι o Ήλιος δεν βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία -όπως νόμιζαν μέχρι τότε-, αλλά σε μια περιοχή αρκετά μακριά από αυτό.
| Ανοιχτά σμήνη | Σφαιρωτά σμήνη | |
| Ηλικία | Είναι σχετικά πρόσφατοι σχηματισμοί, οι οποίοι περιέχουν σχετικά «νεαρά» άστρα ηλικίας μερικών δεκάδων εκατομμυρίων ετών | Είναι αρχαίες δομές, οι οποίες περιέχουν κυρίως γερασμένα άστρα, ηλικίας 10-12 δισεκατομμυρίων ετών |
| Εξέλιξη | Διαλύονται με το πέρασμα του χρόνου | Η δομή τους διατηρείται από τις απαρχές του σχηματισμού του Γαλαξία |
| Σχήμα | Τυχαίο | Σφαιρικό |
| Αριθμός αστέρων | Εκατοντάδες – Χιλιάδες άστρα | Χιλιάδες – Εκατομμύρια άστρα |
| Θέση στον Γαλαξία | Περιοχές όπου πραγματοποιείται αστρογένεση, όπως είναι ο γαλαξιακός δίσκος | Άλως του Γαλαξία, δηλαδή στην περιοχή γύρω και έξω από τον γαλαξιακό δίσκο, όπου δεν παρατηρείται αστρογένεση |
| Πλανήτες | Ενδέχεται να έχουν βραχώδεις πλανήτες | Οι βραχώδεις πλανήτες είναι σπάνιοι |
Παραδείγματα σφαιρωτών σμηνών
Ένα ιδιαίτερα εντυπωσιακό σφαιρωτό σμήνος είναι το «Σφαιρωτό Σμήνος του Ηρακλή», που βρίσκεται σε απόσταση περίπου 25.000 ετών φωτός. Η ηλικία του είναι 11,65 δισεκατομμύρια έτη και περιέχει 300.000 άστρα σε μια περιοχή διαμέτρου μόνο 145 ετών φωτός. Αυτό σημαίνει ότι στην εσωτερική περιοχή του σμήνους η πυκνότητα των άστρων είναι πάνω από 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή της γειτονιάς μας. Ενδεικτικά, η μέση απόσταση μεταξύ των άστρων πέφτει αρκετά κάτω από το 1 έτος φωτός.
Το περίφημο μήνυμα του Arecibo, που εστάλη στο διάστημα το 1974, έχει ως προορισμό το συγκεκριμένο σμήνος. Φυσικά, δεν γνωρίζουμε αν υπάρχει ζωή σε αυτή την περιοχή, αλλά αξίζει να αναρωτηθούμε πώς θα φαινόταν ο ουρανός εάν βρισκόμασταν εκεί. Ας ταξιδέψουμε λοιπόν μαζί σε έναν υποθετικό πλανήτη κάπου στο Σφαιρωτό Σμήνος του Ηρακλή.
Ο ουρανός θα φαίνεται αδιανόητα λαμπρός, μιας και θα είναι γεμάτος από δεκάδες χιλιάδες υπέρλαμπρα άστρα, πολλά απ’ τα οποία θα φαίνονται ακόμα και την ημέρα. Όσο για τον Γαλαξία μας, αυτός δε θα φαίνεται απλώς σαν μια λωρίδα όπως τον έχουμε συνηθίσει εδώ στη Γη, γιατί το σμήνος βρίσκεται έξω από τον γαλαξιακό δίσκο. Άρα θα μπορούμε να δούμε ολόκληρο τον Γαλαξία να δεσπόζει επιβλητικά στον ουρανό!
Πλανήτες στα σφαιρωτά σμήνη
Θα μπορούσαν να υπάρχουν πλανήτες σαν τη Γη στα σφαιρωτά σμήνη; Η απάντηση είναι μάλλον όχι. Τα άστρα των σφαιρωτών σμηνών είναι κυρίως άστρα παλαιάς γενιάς και δεν είναι πλούσια στα βαριά στοιχεία που απαιτούνται για το σχηματισμό βραχωδών πλανητών, όπως είναι το πυρίτιο και ο σίδηρος.
Άλλωστε, παρά την ομορφιά του νυχτερινού ουρανού, οι συνθήκες στα αστρικά σμήνη είναι μάλλον δυσμενείς για τη ζωή, λόγω του μεγάλου αριθμού των άστρων. Οι αστρικοί άνεμοι, οι εκλάμψεις ακτινοβολίας και -πολύ περισσότερο- οι εκρήξεις των κοντινών άστρων αποτελούν μεγάλα εμπόδια για την ανάπτυξη σύνθετων μορφών ζωής. Επίσης, οι βαρυτικές επιρροές των γειτονικών άστρων θα μπορούσαν να μεταβάλουν τις θέσεις των πλανητών ή ακόμα και να τους δώσουν ταχύτητα διαφυγής από το σύστημά τους.
Μέχρι στιγμής έχει βρεθεί μόνο ένας πλανήτης σε σφαιρωτό σμήνος. Ο πλανήτης αυτός με το ψευδώνυμο Μαθουσάλας είναι ένας αέριος γίγαντας και είναι ο γηραιότερος πλανήτης που έχει ανακαλυφθεί ποτέ, με ηλικία κοντά στα 13 δισεκατομμύρια έτη.
Τα αδέρφια του Ήλιου
Ίσως να αναρωτιέστε εάν ο Ήλιος μας ανήκε κάποτε σε κάποιο αστρικό σμήνος. Συνήθως τα νεφελώματα που καταρρέουν βαρυτικά δημιουργούν σμήνη αστέρων και όχι μεμονωμένα άστρα. Άρα ο Ήλιος μάλλον έχει αδέρφια, από τα οποία διαχωρίστηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Όπως και ο ίδιος, έτσι και αυτά ταξιδεύουν μέσα στον γαλαξιακό χώρο. Μάλιστα ήδη έχουμε βρει κάποια άστρα που έχουν παρόμοια σύσταση και ηλικία με τον Ήλιο. Ίσως λοιπόν κάποια από αυτά να είναι πράγματι τα χαμένα αδέρφια του Ηλίου.
