Hvězdokupa je skupina hvězd, které mají společný původ a jsou po určitou dobu gravitačně vázány. Pro astronomy jsou obzvláště užitečné, protože umožňují studovat a modelovat vývoj a stáří hvězd. Dvě základní kategorie hvězdokup jsou otevřené hvězdokupy, známé také jako galaktické hvězdokupy, a kulové hvězdokupy.
- Otevřené neboli galaktické hvězdokupy
- Kulové hvězdokupy
- Stáří hvězdokup a nulový věk hlavní posloupnosti
Otevřené (galaktické) hvězdokupy
Otevřené hvězdokupy jsou tak pojmenovány díky tomu, že jednotlivé složky hvězdokupy jsou snadno rozlišitelné dalekohledem. Některé příklady, jako jsou Hyády a Plejády, jsou tak blízko, že jednotlivé hvězdy lze jasně rozlišit pouhým okem. Někdy se jim říká galaktické hvězdokupy kvůli jejich umístění na prachových spirálních ramenech v rovině spirálních galaxií. Hvězdy v otevřené hvězdokupě mají společný původ – vznikly ze stejného počátečního obřího molekulárního mračna. Hvězdokupy obvykle obsahují několik stovek hvězd, i když jejich počet se může pohybovat od několika desítek až po několik tisíc.
Hvězdokupa Jewel Box.Hvězdy v otevřené hvězdokupě jsou gravitačně vázány jen volně. Jak hvězdokupa rotuje kolem galaxie, nakonec se rozptýlí v důsledku gravitačních poruch s ostatními objekty v galaxii. Zatímco naše Slunce se pravděpodobně původně zformovalo v otevřené hvězdokupě, nyní již není patrné žádné spojení s okolními hvězdami. Otevřené hvězdokupy jsou proto obvykle relativně mladé objekty. Některé z nich, jako například Plejády, stále vykazují známky mlhoviny, což naznačuje jejich nedávný vznik. Hvězdy v otevřených hvězdokupách patří do populace I, jsou mladé a mají vysokou metalicitu. Průměr hvězdokup se pohybuje od několika do zhruba 20 parseků.
Kulové hvězdokupy
Kulové hvězdokupy obsahují několik tisíc až jeden milion hvězd ve sférické, gravitačně vázané soustavě. Nacházejí se většinou v halo obklopujícím galaktickou rovinu a tvoří je nejstarší hvězdy v galaxii. Tyto hvězdy populace II jsou vysoce vyvinuté, ale mají nízkou metalicitu. Hvězdokupy jsou tak staré, že každá hvězda vyšší než třídy G nebo F se již vyvinula mimo hlavní posloupnost. V kulových hvězdokupách se nachází málo volného prachu nebo plynu, takže v nich neprobíhá žádná tvorba nových hvězd. Hvězdné hustoty ve vnitřních oblastech kulových hvězdokup jsou velmi vysoké v porovnání s oblastmi, jako jsou oblasti kolem Slunce.
Stejně jako u otevřených hvězdokup měly hvězdy v kulových hvězdokupách pravděpodobně společný původ. Na rozdíl od otevřených hvězdokup zůstávají kulové hvězdokupy obvykle gravitačně spojité po celou dobu svého života. Hvězdy v nich nejsou rozptýleny mimo hvězdokupu. Naše Mléčná dráha má asi 200 kulových hvězdokup. Mezi význačné příklady patří 47 Tuc, M4 a Omega Centauri, i když se vedou diskuse o tom, zda se ve skutečnosti nejedná o zachycenou trpasličí sféroidální galaxii.
Stáří hvězdokup a nulový věk hlavní posloupnosti
Hvězdokupy jsou obzvláště důležité, protože umožňují astronomům ověřit modely hvězdného vývoje a stáří hvězd. Podívejme se nejprve na otevřené hvězdokupy, abychom pochopili, proč tomu tak je.
Hvězdy v otevřené hvězdokupě mají společný původ z dané mlhoviny. Mají tedy stejnou počáteční metalicitu, takže jakýkoli její vliv na hvězdný vývoj je pro členy hvězdokupy fakticky stejný. Dalším důležitým bodem je, že všechny hvězdy ve hvězdokupě jsou od pozorovatele na Zemi fakticky ve stejné vzdálenosti. I když může mít hvězdokupa v průměru několik parseků, je tato velikost zanedbatelná ve srovnání s mnohem větší vzdáleností hvězdokupy od Země. Pokud provedeme fotometrické měření hvězd v hvězdokupě, zdánlivá hvězdná velikost každé z nich nám umožní odvodit také relativní absolutní svítivost členů hvězdokupy. Hvězdy, které se v rámci hvězdokupy jeví jako nejjasnější, jsou ze své podstaty svítivější než slabší členové.
Astronomové tuto skutečnost využívají k získání barevně-magnitudového diagramu hvězdokupy. Jedná se jednoduše o HR diagram, který vykresluje zdánlivou hvězdnou velikost, obvykle V (nebo mV) na svislé ose oproti barevnému indexu, B – V na vodorovné ose. Pomocí spektroskopické paralaxy pak mohou diagram kalibrovat a získat hodnoty absolutní hvězdné velikosti, M nebo MV. Tímto postupem pro několik otevřených hvězdokup zjistíme zajímavý výsledek. Následující obrázky ukazují některé otevřené hvězdokupy. Vlevo máme h + χ Persei, dvojitou otevřenou hvězdokupu, v níž jsou obě hvězdokupy vzdálené 2 200 parseků od sebe vzdáleny jen asi 30 parseků. Na pravém snímku je M67. Všimli jste si nějakých rozdílů mezi oběma snímky?
Pokud bychom tyto a další otevřené hvězdokupy zakreslili do HR diagramu, dostali bychom následující graf. Protože se hvězdokupy nacházejí v různých vzdálenostech, byl kalibrován na absolutní hvězdnou velikost.
Pokud budete tento diagram studovat pozorně, všimnete si nové stupnice na pravé svislé ose. „Roky“ zde označují stáří shluku. Hvězdokupa jako h + χ Persei je tak mladá, že většina jejích hvězd je stále na hlavní posloupnosti – ještě nezhasla. Plejády, které jsou o něco starší, už nemají na hlavní posloupnosti žádné hvězdy žhavější než barevný index 0 (spektrální třída A0). Hmotnější členové hvězdokupy se již vyvinuli z hlavní posloupnosti do obřích větví. M67, velmi stará otevřená hvězdokupa, nemá na hlavní posloupnosti žádnou hvězdu žhavější než barevný index +0,4. Klíčový význam má bod obratu na diagramu, kde se hvězdokupa vypíná z hlavní posloupnosti. Čím níže na hlavní posloupnosti se bod odbočení nachází, tím je hvězdokupa starší.
Když hvězda poprvé dosáhne fúze vodíku v jádře a objeví se na hlavní posloupnosti, říká se, že má nulový věk. Nultý věk hlavní posloupnosti (ZAMS) je hlavní posloupnost všech hvězd při jejich počátečním vzniku ve hvězdokupě. Čím výše je hvězda na hlavní posloupnosti, tím je hmotnější.
Jelikož kulové hvězdokupy jsou obecně mnohem starší než otevřené hvězdokupy, jejich barevné magnitudové diagramy zobrazují vyvinutější hvězdy. Nemají také žádné hvězdy s vysokou hmotností, které by zůstaly na hlavní posloupnosti. Tuto skutečnost ilustruje níže uvedený diagram barevné magnitudy pro kulovou hvězdokupu M55.
Zajímavé je, že při studiu výše uvedeného diagramu vidíte skupinu horkých hvězd, které se zdají být na hlavní posloupnosti nad bodem obratu. Ve skutečnosti se jedná o tzv. modré opozdilce. Vzhledem k vysoké hustotě hvězd v kulových hvězdokupách se astronomové domnívají, že některé hvězdy mohou koalovat a splývat dohromady. Díky spojené hmotnosti je proto nová hvězda žhavější (modřejší) a jasnější než většina hvězd.
.