宇宙中质量最大、直径最大、最为古老的一类星团即是球状星团(globular clusters)。以我们栖居的星系为例,一般认为早在银盘(galactic disc)形成之前,球状星团便已在环绕银河系的银晕(galactic halo)中诞生。据估算,银河系中的球状星团至少已然存在100亿年,有的年龄甚至高达130亿岁。
迄今为止,银河系中人类已探测到的球状星团约有150个,而估值显示本星系群(Local Group)中的M31/仙女座星系(Andromeda Galaxy)大约含有500个球状星团,位于室女座超星系团(Virgo Supercluster)核心处的M87星系中球状星团的数量更是多达1.2万-1.3万。
球状星团与疏散星团(open clusters)的主要差异包括如下几点:疏散星团通常只含有数百颗恒星,而球状星团含有数十万乃至数百万颗恒星;疏散星团的形状较不规则,而球状星团相当对称且核心部分密度最大;疏散星团通常位于星系盘面的内部,而球状星团位于环绕星系的晕轮之中,等等。
球状星团绕星系中心运行的公转轨道偏心率(eccentricity)较大,其相对于银道面等参考平面的轨道倾角(orbital inclination)也较大。球状星团通常需要数亿年方可完成一次公转,反观最为靠近银河系中心黑洞的恒星公转一周则只需大约10年。
因为形成球状星团的原始气体尘埃云不曾快速地旋转,故而球状星团的自转速度也相当慢,通常为每秒5-10千米左右,反观银河系的自转速度则为每秒250-300千米左右。
距离地球大约2.2万光年(6800秒差距)的M13球状星团,坐标赤经16h 41m 41.24s,赤纬+36° 27′ 35.5″与太阳附近恒星分布的密度约为每立方秒差距0.14颗恒星迥然不同的是,球状星团核心部分恒星分布的密度可达每立方秒差距100-1000颗恒星。
由于球状星团颇为古老,故而其中原子序数大于氦的元素的丰度仅有太阳中此类元素丰度的1%-10%,此即是说球状星团有着甚低的“金属度”(metallicity;天文学、天体物理学与宇宙学意义上的所谓“金属”泛指所有重于氢与氦的元素)。
人类对于球状星团的形成原理尚未取得透彻的理解。对银河系外球状星团的研究揭示,球状星团更有可能在宇宙中致密的区域诞生,此种区域中恒星形成的速度相当之快。
对于距离地球最近的大型星系团——大约5380万光年外的室女座星系团(Virgo Cluster)的研究显示,那些靠近星系团核心的星系较之远离其核心的星系拥有更多的球状星团。
此外,在距离M87星系13万光年的范围内,诸星系拥有的球状星团数量颇少,说明巨星系会剥离较小星系中的球状星团。这些被鲸吞的星团参与构成了硕大无朋的M87星系,后者含有大约1万亿颗恒星,直径达到98万光年。
总之,研究球状星团对于理解最早期的恒星形成机制至关重要,有助于人类探索宇宙中的大尺度结构(large-scale structure)在黑暗时期(Dark Ages)结束后逐渐自底向上形成的过程。
距离地球大约2.45万光年(7500秒差距)的M5球状星团,坐标赤经15h 18m 33.22s,赤纬+02° 04′ 51.7″
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