Ảnh: NASA
Cụm sao cầu, hay còn được gọi là quần tinh cầu hoặc đám sao cầu, là những tập hợp sao có hình dạng hình cầu và xoay quanh tâm của thiên hà như một vệ tinh. Nhờ lực hấp dẫn, các sao trong cụm gắn kết chặt chẽ với nhau, tạo thành một cấu trúc hình cầu có mật độ sao cao khi tiến về phía tâm cụm. Cụm sao cầu là một dạng đặc biệt của các cụm sao.
Một vũ trụ phong phú của sao
Cụm sao cầu thường được tìm thấy trong vòng thiên hà, chứa một lượng đáng kể các ngôi sao, đặc biệt là những ngôi sao già hơn và ít tập trung hơn so với các sao trong các cụm sao phân tán, thường nằm trong đĩa thiên hà. Trong vũ trụ của chúng ta, đã biết đến khoảng 150-158 cụm sao cầu trong Ngân Hà, và có thể còn nhiều cụm khác chưa được khám phá. Các thiên hà lớn hơn thậm chí có số lượng cụm sao cầu lớn hơn, chẳng hạn như thiên hà Andromeda với khoảng 500 cụm sao cầu. Một số thiên hà khổng lồ như M87 có tới 13.000 cụm sao cầu quay quanh tâm thiên hà, với bán kính khoảng 40 kiloparsecs.
Mỗi thiên hà trong Nhóm Địa phương thường đi kèm với một nhóm cụm sao cầu, và hầu hết các thiên hà lớn đều có hệ cụm sao cầu quay quanh. Một số thiên hà nhỏ như Nhân Mã và Đại Khuyển tỏ ra đang mất đi các cụm sao cầu (như cụm sao cầu Palomar 12) do sự tác động của Ngân Hà. Dựa trên những quan sát này, nhà khoa học cho rằng nhiều cụm sao cầu trong các thiên hà lớn đã được bắt từ những thiên hà vệ tinh trong quá khứ.
Vẫn còn nhiều điều chưa rõ
Mặc dù trong một số cụm sao cầu có chứa các ngôi sao đầu tiên được hình thành trong thiên hà chính, nguồn gốc và vai trò của chúng trong quá trình hình thành thiên hà vẫn chưa được hiểu rõ. Cụm sao cầu có những đặc điểm khác biệt so với các thiên hà elip lùn và việc phân biệt chúng với nhau vẫn còn mơ hồ. Các nhà khoa học hiện tại cũng đang giả định rằng cụm sao cầu và thiên hà lùn có thể là các phần của nhau.
Lịch sử quan sát
Cụm sao cầu đã được quan sát từ lâu. Abraham Ihle là người phát hiện ra cụm sao cầu đầu tiên, M22, vào năm 1665. Tuy nhiên, do kính thiên văn của ông có độ phân giải nhỏ, ông không nhận ra được các sao trong cụm cho đến khi Charles Messier quan sát M4. Sau đó, Abbé Lacaille và William Herschel tiếp tục khám phá thêm nhiều cụm sao cầu khác. Hiện nay, đã quan sát được khoảng 152 cụm sao cầu trong Ngân Hà, và ước lượng có khoảng 180 ± 20 cụm khác chưa được khám phá. Tuy nhiên, còn nhiều cụm sao cầu không thể quan sát được do bị che khuất bởi khí và bụi trong không gian.
Thành phần của cụm sao cầu
Cụm sao cầu thường bao gồm hàng trăm nghìn ngôi sao già với độ kim loại thấp. Các sao trong cụm sao cầu tương tự như những sao trong chỗ phình của thiên hà xoắn ốc, nhưng bị hạn chế trong một khối lượng nhất định chỉ vài parsec. Các vùng này không có khí và bụi và đã tham gia vào quá trình hình thành các hệ sao từ rất lâu trước đây.
Cụm sao cầu có thể chứa các sao với mật độ lớn, trung bình khoảng 0,4 ngôi sao trên một parsec khối và tăng lên đến 100-1000 sao trên một parsec khối khi tiến về phía tâm cụm. Tuy nhiên, không phải là một môi trường phù hợp cho sự tồn tại của các hệ hành tinh do quỹ đạo của chúng không ổn định trong vùng lõi đậm đặc của cụm sao cầu. Một số cụm sao cầu có thể ẩn chứa các lỗ đen lớn, nhưng những mô phỏng cho thấy sự tập trung tại tâm của các sao neutron hoặc sao lùn trắng khối lượng lớn có thể giải thích được dữ liệu quan sát.
Cụm sao cầu là một hiện tượng hấp dẫn trong vũ trụ, tạo nên những cấu trúc đẹp mắt và phong phú của ngôi sao. Dù vẫn còn nhiều điều chưa được hiểu rõ, nhưng những nghiên cứu và quan sát liên tục đang giúp chúng ta khám phá sự hình thành và phát triển của các cụm sao cầu. Cụm sao cầu là những kỷ nguyên sáng tạo trong vũ trụ và đưa ta gần hơn đến sự hiểu biết về sự hình thành và phát triển của các thiên hà.
