Stjörnuþyrpingar

Stjörnuþyrpingar eru afar vinsælt viðfangsefni stjörnuáhugamanna enda mjög fjölbreytilegur hópur þar sem finna má eitthvað við allra hæfi. Sumar stjörnuþyrpingar er þægilegast að skoða með berum augum eða í handsjónauka en oft njóta smáatriðin sín best í stjörnusjónauka. Meðal þekktra stjörnuþyrpinga sem sjást oft og er auðvelt að finna á stjörnuhimninum yfir Íslandi eru kúluþyrping í Herkúlesi (M13), lausþyrpingarnar Sjöstirnið (M45) og Regnstirnið í Nautinu og Jatan (M44) í Krabbanum.

1. Kúluþyrpingar

Sjá nánar: Kúluþyrpingar

Kúluþyrpingin Omega Centauri (NGC 5139) inniheldur allt að tíu milljón stjörnur. Hér sést miðhluti þyrpingarinnar. Myndin var tekin með Wide Field Imager myndavél ESO á La Silla. Mynd: ESO

Dæmigerð kúluþyrping lítur út svipað og býflugnasveimur. Í þyrpingunni eru nokkur hundruð þúsund stjörnur á svæði sem er um 10-30 ljósár í þvermál (til samanburðar er fjarlægðin frá sólinni til næstu fastastjörnu rúm 4 ljósár!). Sameiginlegt þyngdarafl stjarna í kúluþyrpingunni er sterkt og rígheldur í þær. Stjörnurnar eru á brautum umhverfis miðju þyrpingarinnar en sjálf kúluþyrpingin ferðast hring eftir hring umhverfis miðju Vetrarbrautarinnar. Kúluþyrpingarnar eru því frábrugðnar lausþyrpingum sem tvístrast með tímanum. Sumar kúluþyrpingar eru svo þéttar að athugandi sem væri staddur á reikistjörnu inni í kjarna þyrpingarinnar myndi upplifa rökkur en ekki myrkur á næturhlið reikistjörnunnar! Svo mikil væri birtan frá nálægum stjörnum! (Aðstæður fyrir þróun lífs eru aftur á móti óhagstæðar í kúluþyrpingum m.a. vegna skorts á þungum frumefnum.)

Vetrarbrautin okkar er skífulaga eins og pönnukaka. Sólin og flestar stjörnurnar sem við sjáum ferðast umhverfis miðjuna í sama plani (á svipaðan hátt og reikistjörnurnar í sólkerfinu). Þótt stjörnurnar haldi sig innan skífunnar er ekki það sama að segja um kúluþyrpingarnar. Þær fara upp og niður í gegnum skífuna á leið sinni í kringum miðju Vetrarbrautarinnar. Þetta kemur sér afar vel fyrir stjörnuáhugamenn því ef kúluþyrpingarnar ferðuðust einnig um í skífunni myndu gas og stjörnur í kringum okkur skyggja á langflestar þeirra! Stjörnufræðingar hafa fundið tæplega 160 kúluþyrpingar í Vetrarbrautinni en talið er að þær séu yfir tvö hundruð talsins.

Flestar kúluþyrpingar mynduðust skömmu eftir að alheimurinn varð til í miklahvelli. Stjörnurnar eru því yfirleitt mjög gamlar og rauðir risar áberandi. Efnisinnihald stjarnanna er nánast það sama sem bendir til þess að nánast allar stjörnurnar í hverri kúluþyrpingu hafi myndast samtímis úr sama risavaxna gasskýinu. Kúluþyrpingar eru misstórar og eru nokkrir tugir þúsunda stjarna í minnstu kúluþyrpingunum en yfir milljón stjarna í þeim stærstu. Fróðlegt er að bera saman stjörnur í kúluþyrpingum við þær stjörnur sem er að finna í næsta nágrenni við okkur í Vetrarbrautinni. Flestar björtustu stjörnurnar í grennd við okkur sem skína skærast á næturhimninum eru heitar, bláar og hvítar stjörnur sem hafa meiri massa en sólin. Þær lifa stutt og því eru skæru og heitu stjörnurnar sem voru upphaflega í kúluþyrpingunum löngu útbrunnar. Í stað þeirra ber mest á rauðum risum en þeir eru stjörnur sem hafa þanist út í ellinni og eiga skammt eftir ólifað.

Kúluþyrpingin Messier 13 í stjörnumerkinu Herkúlesi. Mynd: NASA/ESA

Annað atriði sem skilur á milli stjarna í kúluþyrpingum og sólarinnar okkar er að í þeim er miklu lægra hlutfall af þungum frumefnum en í sólinni. Öll frumefni í alheiminum sem eru fyrir ofan fyrstu þrjú sætin í lotukerfinu hafa orðið til inni í stjörnum eða þegar þær enduðu ævi sína. Við mannfólkið erum að miklu leyti úr vatni og langþyngsti hluti vatnssameindarinnar er súrefni sem á ættir sínar að rekja til sólstjarna. Sama má segja um kolefnisatómin í okkur, gullið í seðlabönkum heimsins og allt efni í heiminum annað en vetni (í 1. sæti lotukerfisins), helín (í 2. sæti) og liþín (í 3. sæti en er frekar sjaldgæft svo það skiptir litlu máli í heildarmyndinni).

Stjörnur í kúluþyrpingunum voru meðal fyrstu kynslóða stjarna sem mynduðust í alheiminum og stjörnurnar sem komu á undan þeim höfðu aðeins myndað lítið magn af málmum (stjörnufræðingar nota hugtakið málmar yfir öll efni sem eru þyngri en vetni og helín!). Segja má að endurvinnsla sé einkunnarorð vetrarbrauta því efnin sem þeytast í burtu þegar stjörnur enda ævi sína verða hráefni í nýjar stjörnur. Hlutfall málma (þyngri frumefna) eykst því með hverri kynslóð stjarna. Sólin okkar og sólkerfið urðu til úr „endurunnu“ efni nokkra kynslóða stjarna þegar alheimurinn var yfir níu milljarða ára gamall. Því er hlutfall málma er miklu hærra í sólinni heldur en í stjörnum kúluþyrpinganna sem mynduðust úr málmsnauðu hráefni fyrir langa löngu. Enn þann dag í dag eru nýjar stjörnur að myndast í Vetrarbrautinni og eru þær yfirleitt með enn hærra hlutfall af þyngri frumefnum (málmum) en sólin okkar.

2. Lausþyrpingar

Sjá nánar: Lausþyrpingar

Skartgripaskrínið (NGC 4755) er lausþyrping í stjörnumerkinu Suðurkrossinum. Mynd: ESO

Fjöldi stjarna í lausþyrpingu er yfirleitt frá nokkrum tugum og upp í nokkur hundruð stjarna. Þær haldast saman vegna sameiginlegs þyngdarafls lausþyrpingarinnar en eru ekki tengdar jafnsterkum böndum og stjörnur kúluþyrpinga. Ólíkt kúluþyrpingum þá sundrast lausþyrpingarnar með tímanum. Það veltur á aðstæðum hverju sinni hve lengi þær ná að halda hópinn. Skammlífustu lausþyrpingarnar haldast saman í nokkra tugi milljóna ára en stjörnurnar í elstu lausþyrpingunum í Vetrarbrautinni hafa haldið hópinn í yfir einn milljarð ára. Stjörnufræðingar hafa fundið um 1100 lausþyrpingar í Vetrarbrautinni sem er aðeins lítið brot af heildarfjöldanum því gas og ryk byrgir sýn þegar við lítum í kringum okkur í Vetrarbrautarskífunni. Stjörnufræðingar áætla að allt að 100 þúsund lausþyrpingar sé að finna í Vetrarbrautinni en hafa ber í huga að hún geymir yfir 100 milljarða stjarna!

Lausþyrpingar verða til strax og nýjar stjörnur fæðast í Vetrarbrautinni. Stjörnumyndunin fer fram í litlum hópum inni í risastórum gasskýjum. Ef stjörnurnar eru nógu margar og standa nógu þétt verður til lausþyrping. Ef stjörnuhópurinn er gisnari nær þyngdaraflið ekki að binda þær saman og þær mynda svonefnt stjörnufélag (sem skyldi ekki rugla saman við stjörnuskoðunarfélag!). Stórabjörnsþyrpingin er nærtæktdæmi um stjörnufélag. Stjörnur sem myndast þétt saman í lausþyrpingu eru af ýmsum stærðum og gerðum en þær eiga það sameiginlegt að hafa myndast á sama tíma í sama gasskýinu. Stjörnurnar ferðast saman um skeið í lausþyrpingunni uns hún gliðnar í sundur. Nokkrar stjörnur í Karlsvagninum ferðast í svipaða stefnu um Vetrarbrautina og hafa stjörnufræðingar reiknað út að þær hafi eitt sinn verið saman í lausþyrpingu. Hópur af þessu tagi er kallaður stjörnufélag  (sem má alls ekki rugla saman við stjörnuskoðunarfélag!).

Ástæða þess að stjörnur myndast í skífunni og hringsóla um hana er sú að þar er nóg af gasi til þess að mynda stjörnur. Í miðhluta Vetrarbrautarinnar er lítið af gasi eftir og gamlar stjörnur því mest áberandi. Í hjúpnum sem umlykur skífuna er þéttleikinn of lítill til þess að halda stjörnumyndun gangandi. Sólin okkar myndaðist að öllum líkindum í stjörnuþyrpingu en stjörnurnar í lausþyrpingunni hafa fyrir löngu tvístrast og hver haldið sína leið. Það er samt gaman að leiða hugann að því að einhvers staðar í Vetrarbrautinni eru stjörnur sem mynduðust í sama hópi og sólin! Þar sem þær mynduðust úr sama gasskýi ætti efnasamsetning þeirra að vera mjög svipuð og efnasamsetning sólarinnar. Stjörnufræðingar hafa svipast um eftir stjörnum með svipaða efnasamsetningu og fundið stjörnur sem svipar til hennar. Það er hins vegar ómögulegt að spóla 4,5 milljarða ára aftur í tímann til þess að sína fram á að þær hafi myndast á sama stað og sama tíma og sólin.

3. Stjörnuþyrpingar í sjónskoðun

Sjöstirnið Messier 45 í stjörnumerkinu Nautinu. Mynd: NASA/ESA

Stjöstirnið ber af meðal stjörnuþyrpinga á næturhimninum. Stjörnur þess eru bjartar og því auðvelt koma auga á þær sem glitrandi ský á meðal stjarnanna þegar Nautið sést á næturhimninum. Sjöstirnið er einnig gott dæmi um stjörnuþyrpingu sem hægt er að skoða með berum augum, í handsjónauka og stjörnusjónauka. Nokkrar stjörnuþyrpingar eru það bjartar og stórar um sig á himninum að þær líta út sem daufir þokublettir. Sjöstirnið er hins vegar það nálægt að flestir geta greint björtustu stjörnurnar í sundur og komið auga á sex til átta stjörnur. Enn fleiri sjást í handsjónauka og stjörnusjónauka.

Við sjónskoðun lausþyrpinga og kúluþyrpinga er margt sem hægt er að leita eftir. Oft eru stjörnuþyrpingar það litlar og ógreinilegar að það að koma auga á þær er sigur í sjálfu sér! Hér að neðan er listi með örfáum atriðum sem má nota við samanburð þyrpinga.

• Fjöldi stjarna: Hvað sjást margar stjörnur í víðu sjóngleri? En í kjarnanum í þrengra sjóngleri? Athugið að það er ólíklegt að allar stjörnurnar sem sjást a.m.k. í víðu sjóngleri tilheyri þyrpingunni.

• Litur stjarna: Sést litur stjarnanna? Athugið að augað getur ekki greint liti daufra stjarna. Eru stjörnurnar bláar/hvítar eða gulleitar? Ef björtustu stjörnurnar eru bláar eða hvítar getur það bent til þess að þyrpingin sé ung (ungar, heitar, bláar eða bláhvítar stjörnur lifa í innan við hundrað milljón ár). Gulur bendir til þess að bláu, bláhvítu og hvítu stjörnurnar séu útbrunnar og appelsínugulir og rauðir risar séu ráðandi.

• Þéttleiki: Er þyrpingin þétt eða gisin í samanburði við aðrar þyrpingar (sem skoðaðar eru sama kvöldið). Eykst þéttleikinn í átt að miðju?

• Mynstur: Mynda stjörnurnar mynstur? Hér eru nokkur dæmi: Hringlögun, rákir (sjást oft í útjaðri kúluþyrpinga við mikla stækkun), ferningar/tíglar, trapisur (innst í Óríonþokunni raðast bjartar stjörnur upp í trapisu), þríhyrningar, oddlaga mynstur (t.d. auðvelt að sjá „>“ í Regnstirninu), stjörnukeðjur í kúluþyrpingum (geta sést í góðum sjónaukum við umtalsverða stækkun).

Hér hafa aðeins verið talin upp fáein atriði sem hægt er að líta eftir í stjörnuþyrpingum.

4. Umfang stjörnuþyrpinga á himninum

Lausþyrpingin Messier 44 í stjörnumerkinu Krabbanum. Mynd: 2MASS

Þegar lausþyrping eða kúluþyrping er skoðuð í handsjónauka eða stjörnusjónauka er gott (en alls ekki nauðsynlegt!) að reyna fyrst að átta sig á umfangi þyrpingarinnar út frá stjörnukortum, upplýsingum í bókum eða á netinu. Þetta geftur grófa hugmynd á hverju er von (stór eða lítil þyrping).  Tunglið er gott viðmið en það er hálf gráða í þvermál (0,5° = 30'' bogamínútur en í einni gráðu eru 60 bogamínútur). Sýndarþvermál Sjöstirnisins á himinhvelfingunni er 110'' eða nærri því fjórfalt þvermál tunglsins. Það er því nauðsynlegt að nota litla stækkun (með handsjónauka eða löngu augngleri) til þess að geta virt fyrir sér meginhluta þyrpingarinnar.

Í kjarna Sjöstirnisins eru tíu til tuttugu bjartar stjörnur en þvermál kjarnans er aðeins 60'' (1°) eða helmingur heildarþvermáli þyrpingarinnar. Þetta er yfirleitt raunin með djúpfyrirbæri (lausþyrpingar, kúluþyrpingar, stjörnuþoku og vetrarbrautir); bjartasti hlutinn er yfirleitt minni um sig en fyrirbærið í heild. Það er því heillavænlegt að nota fyrst fyrst 20-40 mm langt augngler til þess að finna fyrirbærið og átta sig á umfangi þess en beita síðan meiri stækkun til þess að greina betur smáatriði og greina í sundur stakar stjörnur (sem er auðvelt í Sjöstirninu en getur verið illmögulegt í mörgum stjörnuþyrpingum í Messierskránni).

5. Nokkrar þekktar stjörnuþyrpingar

• Býflugnabúið

• Sjöstirnið

• Skartgripaskrínið

• R136

• Omega Centauri

• 47 Tucanae

Heimildir

1. Snævarr Guðmundsson. 2004. Íslenskur stjörnuatlas. Mál og menning, Reykjavík.
2. Grein um stjörnuþyrpingar á Wikipediu (skoðuð 5. ágúst 2008).
3. Grein um kúluþyrpingar á Wikipediu (skoðuð 5. ágúst 2008).
4. Grein um Mayall II á Wikipediu (skoðuð 5. ágúst 2008).
5. Grein um lausþyrpingar á seds.org (skoðuð 5. ágúst 2008).
6. Grein um kúluþyrpingar á seds.org (skoðuð 5. ágúst 2008).
7. Grein um 47 Tucanae á seds.org (skoðuð 5. ágúst 2008).
8. Grein um Omega Centauri á seds.org (skoðuð 5. ágúst 2008).
9. http://www.saguaroastro.org/content/Great-Objects-for-Rich-Field-Telescopes.htm (skoðuð 5. ágúst 2008).
10. http://deepsky.astroinfo.org/And/g1/index.en.php (skoðuð 5. ágúst 2008).

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sverrir Guðmundsson (2010). Stjörnuþyrpingar. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/stjornuthyrpingar (sótt: DAGSETNING).