ต่อ จบ

แบบจำลอง n วัตถุ
การคำนวณแรงปฏิกิริยาระหว่างดาวฤกษ์ที่อยู่ในกระจุกดาวทรงกลมจำเป็นต้องใช้วิธีการที่เรียกชื่อว่า ปัญหา n วัตถุ กล่าวคือ ดาวฤกษ์แต่ละดวงที่อยู่ในกระจุกดาวจะสร้างแรงปฏิกิริยากับดาวฤกษ์อื่นที่เหลือจำนวน N-1 ดวง โดยที่ N คือจำนวนดาวฤกษ์ทั้งหมดที่มีในกระจุกดาวนั้น ถ้าใช้การคำนวณคอมพิวเตอร์ด้วย CPU แบบปกติเพื่อสร้างแบบจำลองพลศาสตร์จะต้องใช้ "ต้นทุน" เป็นสัดส่วนของ N3[42] ซึ่งจะกินทรัพยากรสูงมากหากจะคำนวณให้ได้ค่าที่แม่นยำสำหรับกระจุกดาวหนึ่งแห่ง[43] กระบวนวิธีทางคณิตศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าคือการใช้พลศาสตร์ของ N วัตถุโดยการแบ่งกระจุกดาวทรงกลมนั้นออกเป็นส่วนเล็กๆ ที่มีปริมาตรและความเร็วจำนวนน้อย และใช้กฎความน่าจะเป็นในการระบุตำแหน่งของดาวฤกษ์ การเคลื่อนที่ของดาวสามารถระบุได้ด้วยการหาค่าเฉลี่ยของสมการที่เรียกว่า สมการของฟ็อคเคอร์-พลังค์ การแก้สมการทำได้โดยการเปลี่ยนรูปให้ง่ายขึ้น หรือใช้แบบจำลองมอนติคาร์โลพร้อมกับใส่ค่าตัวแปรแบบสุ่ม อย่างไรก็ตามแบบจำลองนี้ยังยากเกินจะหาคำตอบได้หากพิจารณาผลกระทบจากระบบดาวคู่และแรงปฏิกิริยากับแหล่งกำเนิดแรงโน้มถ่วงภายนอก (เช่นจากดาราจักรทางช้างเผือก) เข้ามาประกอบด้วย[44]

ผลจากแบบจำลอง n วัตถุแสดงให้เห็นว่า ดาวฤกษ์สามารถเคลื่อนไปตามเส้นทางไม่ปกติผ่านกระจุกดาวได้ โดยมากมักวนเป็นลูป และมักเคลื่อนเข้าหาแกนกลางของกระจุกดาวมากกว่าที่ดาวฤกษ์เดี่ยวจะเคลื่อนรอบศูนย์กลางมวล นอกจากนั้น ผลจากแรงปฏิกิริยากับดาวอื่นๆ ส่งผลให้ความเร็วของดาวเพิ่มสูงขึ้น ดาวฤกษ์บางดวงมีพลังงานมากขึ้นจนเพียงพอจะหลุดพ้นไปจากกระจุกดาวได้ เมื่อช่วงเวลาไปนานๆ ผลกระทบนี้ทำให้กระจุกดาวกระจายตัวกันออกไป ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า การระเหย (evaportion)[45] ระยะเวลาโดยทั่วไปของการเกิดสภาวะการระเหยของกระจุกดาวทรงกลมคือ 1010 ปี[35]

ระบบดาวคู่มีบทบาทสำคัญอยู่ในจำนวนพลเมืองทั้งหมดของระบบดาว ประมาณครึ่งหนึ่งของดาวฤกษ์ทั้งหมดมีลักษณะเป็นดาวคู่ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระจุกดาวทรงกลมแสดงให้เห็นว่า ระบบดาวคู่สามารถซ่อนหรือแม้แต่ย้อนกลับกระบวนการยุบตัวที่แกนกลางของกระจุกดาวทรงกลมได้ เมื่อดาวฤกษ์ในกระจุกดาวเกิดการประจันแรงโน้มถ่วงกับระบบดาวคู่ ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทางหนึ่งคือดาวคู่นั้นจะดึงดูดเข้าใกล้กันมากขึ้น และดาวฤกษ์เดี่ยวจะได้รับพลังงานจลน์เพิ่มไป เมื่อดาวฤกษ์มวลมากในกระจุกดาวมีความเร็วเพิ่มสูงขึ้นจากกระบวนการดังกล่าวนี้ ก็จะช่วยลดการอัดแน่นที่ใจกลางกระจุกดาวและลดการยุบตัวที่แกนกลางลง[23]

สำหรับอนาคตสุดท้ายของกระจุกดาวทรงกลม หากไม่เพิ่มพูนดาวฤกษ์ที่แกนกลางให้อัดแน่นกันไปเรื่อยๆ[46] ก็จะสูญเสียดาวฤกษ์ที่ขอบรอบนอกออกไปเรื่อยๆ ทางใดทางหนึ่ง[47]

[แก้] รูปร่างที่คาบเกี่ยว
การแบ่งประเภทของกระจุกดาวในบางครั้งก็ไม่อาจระบุได้อย่างชัดเจน หลายวัตถุมีลักษณะคลุมเครือ ตัวอย่างเช่น กระจุกดาว BH176 ทางด้านใต้ของทางช้างเผือก มีลักษณะที่อาจเป็นได้ทั้งกระจุกดาวเปิดหรือกระจุกดาวทรงกลม[48]

ในปี ค.ศ. 2005 นักดาราศาสตร์ค้นพบกระจุกดาวชนิดใหม่ที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อนอยู่ในดาราจักรแอนดรอเมดา โดยทั่วไปแล้วมีหลายๆ อย่างที่คล้ายคลึงกับกระจุกดาวทรงกลม กระจุกดาวชนิดใหม่นี้ประกอบด้วยดาวฤกษ์หลายแสนดวง ซึ่งเป็นจำนวนที่ใกล้เคียงกับที่พบอยู่ในกระจุกดาวทรงกลม และยังมีคุณลักษณะอีกหลายอย่างที่คล้ายคลึงกับกระจุกดาวทรงกลม เช่น ประชากรดาวฤกษ์และค่าความเป็นโลหะ แต่สิ่งที่แตกต่างออกไปคือมันมีขนาดที่ใหญ่กว่ามาก โดยมีความยาวด้านตัดขวางหลายร้อยปีแสง และมีความหนาแน่นต่ำกว่าหลายร้อยเท่า ดังนั้นระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์แต่ละดวงในกระจุกดาวชนิดนี้จึงค่อนข้างห่าง กระจุกดาวชนิดใหม่นี้มีลักษณะอยู่กึ่งกลางระหว่างกระจุกดาวทรงกลม (ที่มีสสารมืดอยู่น้อย) กับดาราจักรแคระทรงกลม (ที่มีสสารมืดอยู่มาก)[49]

ยังไม่อาจทราบได้ว่ากระจุกดาวเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร แต่การก่อตัวของมันอาจมีส่วนเกี่ยวพันอย่างใกล้ชิดกับกระจุกดาวทรงกลม ยังมีปัญหาอื่นที่ยังไม่ทราบคำตอบ เช่นทำไมจึงมีกระจุกดาวชนิดนี้ในดาราจักร M31 แต่ไม่พบในทางช้างเผือก แล้วดาราจักรแห่งอื่นๆ จะมีกระจุกดาวชนิดนี้ด้วยหรือไม่ ทั้งนี้เพราะคงไม่น่าจะเป็นไปได้ที่ดาราจักร M31 จะเป็นดาราจักรเพียงแห่งเดียวในเอกภพที่มีกระจุกดาวชนิดนี้[49]

[แก้] ผลจากแรงดึงดูดระหว่างกัน
เมื่อกระจุกดาวทรงกลมเคลื่อนเข้าประชิดกับมวลขนาดใหญ่ เช่น ย่านแกนกลางของดาราจักร จะเกิดแรงปฏิกิริยาระหว่างกันขึ้น ความแตกต่างของแรงดึงจากแรงโน้มถ่วงในกระจุกดาวส่วนที่อยู่ใกล้มวลขนาดใหญ่นั้น กับแรงดึงจากทางด้านที่อยู่ไกลออกไป ส่งผลให้เกิดเป็นแรงไทดัล "แรงกระแทกไทดัล" เกิดขึ้นเมื่อวงโคจรของกระจุกดาวเคลื่อนผ่านระนาบของดาราจักร

ผลจากแรงกระแทกไทดัล กระแสของดาวฤกษ์จะถูกดึงออกไปจากขอบเขตของกระจุกดาว เหลืออยู่แต่ดาวที่อยู่ในใจกลางกระจุกดาวเท่านั้น ผลจากแรงปฏิกิริยาไทดัลนี้ทำให้เกิดส่วนปลายหางของดาวฤกษ์ที่ทอดตัวออกไปยาวหลายองศาจากกระจุกดาว[50] ส่วนหางนี้อาจจะอยู่ทางด้านหน้าหรือตามหลังเส้นทางโคจรของกระจุกดาวก็ได้ และอาจดึงเอาองค์ประกอบสำคัญๆ ซึ่งเป็นมวลเริ่มแรกของกระจุกดาวเอาไว้ ก่อตัวใหม่เป็นกลุ่มขึ้นก็ได้[51]

กระจุกดาวทรงกลม พาโลมาร์ 5 เป็นตัวอย่างหนึ่งซึ่งเคลื่อนที่ไปถึงจุดปลายวงโคจรหลังจากตัดผ่านดาราจักรทางช้างเผือก กระแสของดาวฤกษ์ที่ถูกดึงดูดทอดตัวออกไปทั้งทางด้านหน้าและด้านหลังของเส้นทางโคจรของกระจุกดาว เป็นระยะทางรวมราว 13,000 ปีแสง[52] แรงปฏิกิริยาไทดัลนี้ได้ดึงเอามวลจำนวนมากออกมาจากพาโลมาร์ 5 และคาดว่าแรงปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นอีกครั้งเมื่อกระจุกดาวเคลื่อนเข้าใกล้แกนกลางดาราจักรจะทำให้มันกลายเป็นธารดาวฤกษ์ขนาดยาวโคจรอยู่ในขอบรัศมีของทางช้างเผือก

แรงปฏิกิริยาไทดัลได้เพิ่มพลังงานจลน์เข้าไปให้แก่กระจุกดาวทรงกลม กล่าวให้เห็นภาพคือทำให้อัตราการระเหยเพิ่มสูงขึ้นและทำให้ขนาดของกระจุกดาวหดเล็กลง[35] แรงกระแทกไทดัลไม่เพียงดึงเอามวลรอบนอกของกระจุกดาวให้หลุดออกมาเท่านั้น แต่ยังช่วยเร่งอัตราของกระบวนการยุบตัวที่แกนกลางด้วย กลไกกายภาพเดียวกันนี้อาจกำลังเกิดขึ้นกับดาราจักรแคระทรงกลม เช่น ดาราจักรแคระคนยิงธนู ซึ่งกำลังอยู่ภายใต้กระบวนรบกวนของแรงไทดัลอันเกิดจากการเคลื่อนเข้าใกล้ดาราจักรทางช้างเผือก