Kulová hvězdokupa je skupina hvězd podobného stáří, která často obíhá kolem centrální výduti galaxie. Gravitace drží hvězdokupy pohromadě a dává jim kulový tvar. Směrem ke středu hvězdokupy se nachází mnoho hvězd na relativně malém prostoru. Typická kulová hvězdokupa obsahuje od několika desítek tisíc až po několik milionů hvězd; hmotnosti se pohybují řádově od 10^4 do 10^6 hmotností Slunce. Poloměry (poloviční světelné poloměry) bývají řádově desítky parseků nebo méně, jádra mohou být však mnohem hustší.

Výskyt a počet v galaxiích

Kulové hvězdokupy se vyskytují v halo galaxie a v jejím disku. Ty v halo obsahují mnohem více hvězd a jsou mnohem starší než méně husté otevřené hvězdokupy v disku. Kulové hvězdokupy jsou poměrně časté: v Mléčné dráze je známo asi 150 až 158 kulových hvězdokup. Velké galaxie jich mohou mít více: Andromeda jich může mít až 500.

Některé obří eliptické galaxie, zejména ty v centrech kup galaxií, jako je M87, mají až 13 000 kulových hvězdokup. Tyto kulové hvězdokupy obíhají kolem galaxie do obrovských vzdáleností, 40 kiloparseků (přibližně 131 000 světelných let) a více.

Struktura a vlastnosti

Kulové hvězdokupy mají centrální husté jádro a postupně klesající hustotu směrem ven. Jednotlivé hvězdy v jádru mohou být od sebe vzdáleny jen několik astronomických jednotek, zatímco v halo části je rozestup větší. V nitru probíhá dynamický vývoj: gravitační interakce mohou vést ke křížení drah, ztrátě hvězd do galaxie nebo ke gravitačnímu zhušťování jádra (core collapse).

  • Počet hvězd: typicky 10^4–10^6;
  • Věk: většina kulových hvězdokup je velmi stará — obvykle 10–13 miliard let;
  • Velikost: několik až desítky parseků (někdy i víc pro extragalaktické systémy);
  • Hustota: v jádru velmi vysoká, vnější části řidší;
  • Metallicita: obvykle nízká (málo těžších prvků), což svědčí o jejich vzniku v raných fázích vesmíru.

Věk, chemické složení a význam

Kulové hvězdokupy patří k nejstarším známým hvězdným systémům; mnohé obsahují hvězdy vzniklé krátce po vzniku galaxie. Jejich nízká metallicita (podíl prvků těžších než helium) pomáhá astrofyzikům určovat stáří a podmínky ve vesmíru brzy po Velkém třesku. Díky tomu jsou kulové hvězdokupy důležitým nástrojem galaktické archeologie — pomáhají rekonstruovat historii růstu galaxií a jejich slučování.

Původ a evoluce

Existují dvě hlavní třídy modelů vzniku kulových hvězdokup:

  • »Napůl primordiální« model: kulové hvězdokupy vznikly velmi brzy v historii galaxie z hustých oblastí plynu a následně přežily do současnosti.
  • »Akreci a slévání« model: některé kulové hvězdokupy byly přineseny do větších galaxií v průběhu slučování s menšími trpasličími galaxiemi; některé mohou být dokonce přežívajícími jádry roztrhaných trpasličích galaxií.

Příkladem akrece v Mléčné dráze jsou fragmenty a přeživší kulové hvězdokupy spojené s rozpadlými družicemi — Palomar 12 patří mezi objekty, které se považují za přinesené z porušené trpasličí galaxie.

Příkladné objekty a pozorování

V Mléčné dráze jsou dobře známé kulové hvězdokupy jako Omega Centauri (NGC 5139), M13 v souhvězdí Herkula nebo M15. Observace kulových hvězdokup probíhají jak z povrchu Země, tak z kosmických dalekohledů (např. Hubbleův dalekohled), které umožňují rozlišit jednotlivé hvězdy a změřit jejich jasnosti, barvy a spektra. Z těchto dat se určuje stáří, metallicita, hmotnost a dynamika hvězdokupy.

Význam pro studium galaxií

Kulové hvězdokupy slouží jako kousky skládačky pro pochopení historie galaxií: jejich prostorové rozložení, pohyby a chemické složení odhalují, jak se galaxie formovaly a slučovaly. Každá dostatečně hmotná galaxie v Místní skupině má svou skupinu kulových hvězdokup a téměř každá velká zkoumaná galaxie má systém kulových hvězdokup. Zdá se, že trpasličí galaxie ve Střelci a trpasličí galaxie v Canis Major jsou v procesu darování svých přidružených kulových hvězdokup (například Palomar 12) Mléčné dráze. To ukazuje, kolik kulových hvězdokup této galaxie mohlo být získáno v minulosti.