اما دقیقاً چقدر قدیمی‌اند؟ پژوهشی جدید پاسخ این پرسش را ارائه داده است.
خوشه‌های کروی، گروه‌هایی کروی‌شکل از ستارگان هستند که تحت تأثیر گرانش به یکدیگر متصل‌اند. بزرگ‌ترین خوشه کروی در راه شیری، اُمگا قنطورس (Omega Centauri)، حدود ۱۰ میلیون ستاره دارد، در حالی که برخی دیگر فقط حدود ۱۰ هزار ستاره دارند. خوشه‌های کروی در تقریباً تمام کهکشان‌ها یافت می‌شوند. در کهکشان‌های مارپیچی مانند راه شیری، این خوشه‌ها عمدتاً در هاله کهکشانی قرار دارند.
ستاره‌شناسان مدت‌هاست درباره جایگاه این خوشه‌ها در فرگشت کهکشانی پرسش دارند. بخشی از این ابهام به دلیل تعیین سن ستارگان عضو آن‌هاست؛ چرا که این خوشه‌ها ستارگانی با ترکیبات و سنین مختلف در خود دارند، که نشان‌دهنده گذشته‌ای پیچیده است. در پژوهشی جدید، اخترشناسان ۸ خوشه کروی قدیمی از راه شیری را برای تعیین سن بررسی کرده‌اند.
عنوان این تحقیق «سن مطلق خوشه‌های کروی راه شیری» است و قرار است در نشریه اخترفیزیکی منتشر شود. نویسنده اول آن جیاچی (مارتین) یینگ از بخش فیزیک و اخترشناسی کالج دارتموث است.
به گفته نویسندگان، «خوشه‌های کروی جمعیت آماری معناداری از ستارگان هم‌سن را در مراحل مختلف فرگشت ستاره‌ای فراهم می‌کنند که امکان محدودسازی دقیق مدل‌های فرگشت ستاره‌ای و سن آن‌ها را فراهم می‌سازد.» تمرکز این پژوهش بر روی دو ویژگی مهم است: فلزینگی (metallicity) و سن، که با یکدیگر ارتباط نزدیکی دارند و اطلاعات مهمی درباره ستارگان، کهکشان‌ها و تحول شیمیایی کیهان ارائه می‌کنند. آن‌ها می‌نویسند: «رابطه سن-فلزینگی خوشه‌های کروی برای درک نحوه شکل‌گیری و تاریخچه فرگشتی کهکشان‌ها و نیز فرآیندهای غنی‌سازی شیمیایی در کیهان اهمیت زیادی دارد.»
اعتبار تصویر: ESO/J. Emerson/VISTA – تحت مجوز CC BY 4.0 از طریق ویکی‌مدیا.
در مورد سن خوشه‌های کروی دو نوع سن وجود دارد: سن مطلق و سن نسبی. سن نسبی برای مقایسه و گروه‌بندی خوشه‌ها به کار می‌رود و محاسبه آن ساده‌تر است، زیرا به فرض‌های کمتری وابسته است. در مقابل، سن مطلق امکان زمان‌بندی دقیق‌تری از شکل‌گیری جهان و کهکشان‌ها را فراهم می‌کند، اما با عدم‌قطعیت‌های بیشتری همراه است.
نویسندگان می‌گویند: «دستیابی به سن مطلق خوشه‌های کروی همواره یکی از اهداف دیرینه بوده است.» آن‌ها اشاره می‌کنند که پیشرفت‌های اخیر در توان پردازشی و دسترسی به داده‌های رصدی دقیق، این امکان را فراهم کرده تا سن مطلق این خوشه‌ها با دقت بهتری برآورد شود.
یکی از عوامل اصلی در خطای تعیین سن مطلق، فاصله است. پژوهش‌های پیشین نشان داده‌اند که عدم‌قطعیت در فاصله، می‌تواند تا ۸۰٪ از خطای تخمین سن برخی خوشه‌های راه شیری را تشکیل دهد. با وجود اینکه مأموریت گایا دقت بالایی در تعیین فاصله اجرام داخل کهکشان به ارمغان آورده، اما خوشه‌های کروی که بیشتر در نواحی بیرونی کهکشان قرار دارند، مشاهده آن‌ها برای گایا دشوار بوده است.
این تحقیق عمدتاً بر داده‌های دوربین پیشرفته نقشه‌برداری هابل (ACS) و برنامه گنجینه نقشه‌برداری خوشه‌های کروی آن تکیه دارد. این داده‌ها اطلاعات نوری (فوتومتریک) از ستارگان دنباله اصلی در خوشه‌ها را با نسبت سیگنال به نویز پایین فراهم می‌کنند. سپس این داده‌ها با مجموعه‌ای از خطوط ایزُکرون (isochrone) مقایسه شدند. ایزُکرون‌ها منحنی‌های نظری روی نمودار هرتسپرونگ-راسل یا نمودار رنگ-قدر مطلق هستند که محل ستارگان را بر اساس دما و درخشندگی‌شان نشان می‌دهند.
با افزایش سن ستارگان، آن‌ها مسیرهای فرگشتی خاصی را روی این نمودار طی می‌کنند که به جرم‌شان بستگی دارد. ایزُکرون‌ها محل ستارگان هم‌سن اما با جرم‌های متفاوت را در یک زمان مشخص به هم متصل می‌کنند. از آنجا که ستارگان در خوشه‌های کروی معمولاً هم‌سن هستند (هم‌زمان تشکیل شده‌اند)، این روش برای تخمین سن آن‌ها بسیار مؤثر است.
اعتبار تصویر: Ying و همکاران، ۲۰۲۵، مجله اخترفیزیک (The Astrophysical Journal).
محققان با استفاده از این روش سن مطلق ۸ خوشه کروی راه شیری را برآورد کردند:
NGC 104 (47 Tuc), 4147, 5053, 5466, 6362, 6809 (M55), 7078 (M15), 7099 (M30).
هرچند که پیش‌تر تصور می‌شد همه ستارگان در یک خوشه کروی هم‌سن‌اند، اما یافته‌های جدید این فرض را زیر سوال می‌برد. مطالعات اخیر نشان داده‌اند که مثلاً ۴۷ توکانا (۴۷ Tuc) جمعیتی با تنوع سنی بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد دارد که احتمالاً ناشی از ادغام‌های گذشته است. این مسأله تعیین سن مطلق را دشوارتر می‌کند.
نویسندگان می‌نویسند: «ما از ۴۷ توکانا به‌عنوان مورد آزمون استفاده می‌کنیم، زیرا شواهد قوی‌تری از چندگانگی جمعیتی در ناحیه قطع دنباله اصلی در آن دیده می‌شود.» آن‌ها دریافتند که این خوشه دو جمعیت دارد: جمعیت اول حدود ۱۱٫۹۱ میلیارد سال و جمعیت دوم حدود ۱۲٫۰۲ میلیارد سال عمر دارد.
آن‌ها همچنین از M55 استفاده کردند چون دو ستاره در آن با فلزینگی مشابه کل خوشه شناسایی شده‌اند. آن‌ها نوشتند: «سن مطلق M55 را برابر با ۱۲٫۲۲ ± ۰٫۵۷ میلیارد سال تعیین کردیم.»
پس از مدل‌سازی، تحلیل و مقایسه‌های دقیق، تیم تحقیقاتی موفق شد سن مطلق هشت خوشه کروی راه شیری را مشخص کند.
به گفته آن‌ها: «ما برای نخستین‌بار رابطه سن-فلزینگی مطلق برای خوشه‌های کروی راه شیری را ارائه کرده‌ایم، که از مجموعه‌ای گسترده از سن‌هایی در بازه تقریبی ۱۱٫۵ تا ۱۳٫۵ میلیارد سال با عدم‌قطعیت‌هایی بین ۰٫۵ تا ۰٫۷۵ میلیارد سال به دست آمده است.»
این بدان معناست که برخی از قدیمی‌ترین ستارگان در خوشه‌های کروی راه شیری تقریباً به اندازه سن کل جهان عمر دارند. این ستارگان کهنه‌کار، کمتر از ۳۰۰ هزار سال پس از مه‌بانگ (بیگ بنگ) شکل گرفته‌اند.
نتایج این تحقیق همچنین عوامل تأثیرگذار در عدم‌قطعیت سن را روشن کرده است.
نویسندگان می‌نویسند: «تحلیل ما یک الگوی سازگار در تمام خوشه‌ها نشان می‌دهد؛ به‌طوری‌که فاصله و غبار میان‌ستاره‌ای (سرخ‌گرایی) مهم‌ترین منابع خطا هستند و در مجموع بیش از ۵۰٪ از عدم‌قطعیت کل در تعیین سن را تشکیل می‌دهند.»
همچنین مشخص شد که چندگانگی جمعیتی تأثیر چندانی بر سن مطلق ندارد.
«ما دریافتیم که وجود جمعیت‌های ستاره‌ای چندگانه در خوشه‌های کروی تأثیر محدودی بر سن مطلق آن‌ها دارد.»
این یافته‌ها نه‌تنها درک ما از چگونگی شکل‌گیری خوشه‌های کروی را افزایش می‌دهد، بلکه اطلاعات ارزشمندی درباره تاریخچه جذب کهکشانی اولیه راه شیری نیز فراهم می‌کند. آن‌ها همچنین اشاره کردند:
«ما روند روشنی از افزایش سن با کاهش فلزینگی را نشان داده‌ایم»، که با دیدگاه گسترده‌تر مبنی بر غنی‌شدن تدریجی کیهان از عناصر سنگین همخوانی دارد.
علم روندی تکرارشونده است، و نتایجی مانند این به تقویت مدل‌های موجود در زمینه فرگشت ستاره‌ای و خوشه‌های کروی کمک می‌کنند. پژوهشگران مختلف با داده‌ها، مدل‌ها و تحلیل‌های متنوع به تلاش جمعی برای ساخت مدل‌هایی دقیق‌تر و همخوان با طبیعت ادامه می‌دهند.
پاداش این تلاش‌ها کشف حقایق شگفت‌انگیزی است، مانند این ستارگان کهن که در همسایگی ما قرار دارند.
