Кіріспе
Сфералық жұлдыздар жиынтығы
Бір шар тәрізді шоқ – Омега Центавр ежелгі заманда байқалған және ұзақ уақыт бойы жұлдыз деп есептелгенмен, шоқтардың нағыз табиғатын тану 17 ғасырда телескоптардың пайда болуымен мүмкін болды. Телескоп арқылы жасалған алғашқы бақылауларда шарлы шоқтар тұманды шашақтар сияқты көрінді, осының нәтижесінде француз астрономы Шарль Мессье олардың көптегенін кометалармен шатастыруға болатын астрономиялық нысандардың каталогына қосты. Үлкен телескоптарды пайдаланған 18 ғасырдың астрономдары шарлы шоқтардың көптеген жеке жұлдыздардан тұратын топтар екенін анықтады. 20 ғасырдың басында аспандағы шарлы шоқтардың таралуы Күннің Көше жолының ортасынан алыс екенін көрсететін алғашқы дәлелдердің бірі болды. Шарлы шоқтар дерлік барлық галактикаларда кездеседі. Көше жолы сияқты спиральді галактикаларда олар көбінесе галактиканың сыртқы сфералық бөлігінде – галактикалық галода орналасқан. Олар жұлдыздар шоғырының ең ірі және ең массивті түрі болып табылады, әдетте ескірек, тығыз және спиральді галактикалардың дискілерінде кездесетін ашық шоқтарға қарағанда ауыр элементтердің азырақ мөлшерін қамтиды. Көше жолында 150-ден астам белгілі шарлы шоқ бар, және одан да көп болуы мүмкін. Шарлы шоқтардың пайда болуы және галактикалық эволюциядағы олардың рөлі әлі де анық емес. Кейбіреулері өздерінің галактикаларындағы, тіпті ғаламдағы ең көне нысандардың қатарына жатады, бұл ғаламның жасын бағалауға шектеулер қояды. Бұрын жұлдыз шоқтары бір жұлдыз туатын тұмандықтан бір уақытта пайда болған жұлдыздардан тұрады деп есептелген, бірақ шарлы шоқтардың көбісі әртүрлі уақытта пайда болған немесе әртүрлі құрамға ие жұлдыздарды қамтиды. Кейбір шоқтарда жұлдыз түзілудің бірнеше эпизоды болған болуы мүмкін, ал кейбіреулері ірі галактикалар тартып алған кіші галактикалардың қалдықтары болуы мүмкін.
Жіктеу
Кейіннен Шаплиге кластерлерді зерттеуде Генриетта Суоп пен Хелен Сойер Хогг көмектесті. 1927–1929 жылдары Шапли мен Сойер жұлдыздардың әрбір ядроға қарай шоғырлану дәрежесі бойынша кластерлерді жіктеді. Олардың жүйесі – Шапли-Сойер шоғырлану класы деп аталады, ең шоғырланған кластерлер I классқа, ал ең тарағандары XII классқа жатады. 2015 жылы Чилидің Католиктік понтификалық университетінің астрономдары бақылау деректеріне сүйене отырып, шарлы кластерлердің жаңа түрін ұсынды: қараңғы шарлы кластерлер.
Құрылу
Глобулярлық шоғырлардың қалыптасуы жетік түсініксіз. Глобулярлық шоғырлар дәстүрлі түрде бір ғана алып молекулалық бұлттан пайда болған қарапайым жұлдыздар популяциясы ретінде сипатталған, демек, шамамен біркелкі жас және металдық құрамымен (олардың құрамындағы ауыр элементтердің үлесі) ерекшеленеді. Қазіргі заманғы байқаулар көрсеткендей, барлық глобулярлық шоғырлардың құрамында бірнеше популяция бар; мысалы, Үлкен Магеллан бұлтындағы (LMC) глобулярлық шоғырлар бимодальды популяцияны көрсетеді. Жастық шағында бұл LMC шоғырлары жұлдыздардың екінші буын пайда болуын тудырған алып молекулалық бұлттармен кездескен болуы мүмкін. Бұл жұлдыз құру кезеңі көптеген глобулярлық шоғырлардың жасына қарағанда салыстырмалы түрде қысқа. Бұл жұлдыз популяцияларының көптігі динамикалық текті болуы мүмкін деген гипотеза бар. Мысалы, Антенналар галактикасында Хаббл ғарыш телескопы галактикада жүздеген парсекке созылған шоғырлардың аймақтарын байқады, онда көптеген шоғырлар соқтығысып, бірігуі мүмкін. Олардың жас диапазоны және (мүмкін) металдық құрамы популяцияның бимодальды немесе тіпті көптеген таралуына ие шоғырларға әкелуі мүмкін. Глобулярлық шоғырларды байқау көрсеткендей, олардың жұлдыздары негізінен жұлдыз құру тиімділігі жоғары аймақтардан және жұлдызаралық орта тығыздығы жоғары аймақтардан пайда болған. Глобулярлық шоғырлардың қалыптасуы жұлдыз жарлымы аймақтарында және өзара әрекеттесетін галактикаларда кең таралған. Кейбір глобулярлық шоғырлар, әдетте, кішкентай галактикаларда пайда болып, Сүт Жолына қосылу үшін күштердің әсерінен алыстатылған болуы мүмкін. Эллипстік және линза тәрізді галактикаларда олардың орталықтарындағы супермассивті қара тесіктердің (SMBH) массасы мен олардың глобулярлық шоғыр жүйелерінің көлемі арасында байланыс бар. Мұндай галактикадағы SMBH массасы галактиканың глобулярлық шоғырларының жалпы массасына жуық болуы мүмкін. Белгілі глобулярлық шоғырлардың ешқайсысы белсенді жұлдыз құру процесін көрсетпейді, бұл глобулярлық шоғырлар әдетте өз галактикаларындағы ең көне нысандар болып табылады және жұлдыздардың алғашқы жиынтықтарының бірі екенін көрсетеді. Сүт Жолындағы Вестерлунд 1 сияқты, жұлдыз құрудың өте үлкен аймақтары – супержұлдыздар шоғыры глобулярлық шоғырлардың алғы құрылымы болуы мүмкін. Сүт Жолының көптеген глобулярлық шоғырлары кері орбитамен қозғалады (яғни галактиканың айналу бағытына қарама-қарсы бағытта айналады), соның ішінде ең ірісі – Омега Центавр. Оның кері орбитасы оның Сүт Жолының тартып алған кішкентай галактикасының қалдығы болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Құрамы
Шарықты шоғырлар әдетте жүздеген мыңдаған аз металл мөлшерлі, ескі жұлдыздардан тұрады. Шарықты шоғырдағы жұлдыздар спиральді галактиканың орталық бөлігіндегі жұлдыздарға ұқсас, бірақ олар сфералық шоғырға шоғырланған, онда жарықтың жартысы тек бірнешеден ондаған парсек радиусының ішінде шығарылады. Барлық газ бен шаң бұрын жұлдыздарға айналған немесе массивті бірінші буын жұлдыздармен шоғырдан тысқары шашылған деп есептеледі. Күннің маңындағы жұлдыз тығыздығы шамамен 0,1 жұлдыз/пк құрайды. Шарықты шоғырдағы жұлдыздар арасындағы қалыпты қашықтық шамамен бір жарық жылы, бірақ оның ядросында жұлдыздар арасындағы арақашықтық шамамен жарық жылының үштен бірін құрайды, бұл Күннің ең жақын маңайдағы жұлдызы Проксима Центавраға қарағанда он үш есе жақын. Шарықты шоғырлар планеталық жүйелер үшін қолайсыз орындар саналады. Тығыз шоғырлардың ядроларындағы планеталар орбиталары, өтетін жұлдыздардың гравитациялық бұзылыстарының салдарынан динамикалық тұрақсыз болады. 47 Тукан сияқты тығыз шоғырдың ядросында орналасқан жұлдыздың айналасында бір астрономиялық бірлікте айналатын планета тек жүз миллион жылдай ғана сақтала алады. M4 шарлы шоғырына жататын пульсардың (PSRB1620-26) айналасында планеталық жүйе бар, бірақ бұл планеталар пульсардың пайда болуына себеп болған оқиғадан кейін қалыптасқан болуы мүмкін. Кейбір шарықты шоғырлар, мысалы, Көкжол галактикасындағы Омега Центавр және Андромеда галактикасындағы Майалл II, өте массивті, бірнеше миллион күн массасын құрайды және бірнеше жұлдыз популяциясына ие. Екеуі де үлкен галактикалар жұтып алған кіші галактикалардың ядроларынан пайда болған, аса массивті шарықты шоғырлардың болуын көрсетеді. Көкжол галактикасындағы шарықты шоғырлардың шамамен төрттен бірі осылай пайда болған болуы мүмкін, ал Андромеданың сыртқы галосындағы шарықты шоғырлардың 60% -тан астамы да осылай пайда болған.
Ауыр элементтердің мөлшері
Шарықты шоғырлар әдетте II популяция жұлдыздарынан тұрады, олар Күн сияқты I популяция жұлдыздарымен салыстырғанда сутек пен гелийдің жоғары үлесіне ие және ауыр элементтердің төмен үлесіне ие. Астрономдар бұл ауыр элементтерді металлдар деп атайды (материалдық ұғымнан ерекшеленеді) және осы элементтердің пропорцияларын металдық деп атайды. Жұлдыздық нуклеосинтез арқылы өндірілген металдар жұлдыздар аралық ортаға қайта өңделеді және жұлдыздардың жаңа буынына кіреді. Металдардың үлесі жұлдыздың жасын қарапайым модельдерде көрсетеді, ал ескі жұлдыздардың металдық мөлшері төмен болады. Голландтық астроном Питер Остерхофф шарлы шоғырлардың екі ерекше популяциясын байқады, олар Остерхофф топтары деп аталды. Екінші топта RR Lyrae өзгермелі жұлдыздарының сәл ұзағырақ периоды бар. Екі топта да металл элементтерінің спектроскопиялық өлшеу бойынша төмен үлесі болса да, Остерхоффтың I (OoI) типіндегі жұлдыздар шоғырындағы металл спектрлік сызықтары II (OoII) типіндегі жұлдыздар сияқты әлсіз емес, ал II типті жұлдыздар металға кедей (мысалы, ESO 280 SC06). Бұл екі ерекше популяция көптеген галактикаларда, әсіресе эллипстік галактикаларда байқалды. Екі топ та ғаламның өзі сияқты ескі және ұқсас жаста. Бұл қосалқы популяцияларды түсіндіруге ұсынылатын сценарийлерге газға бай галактикалардың бірігуі, кішкентай галактикалардың жұтылуы және бір галактикада жұлдыздардың пайда болуының бірнеше фазалары жатады. Құс жолында металлға кедей шоғырлар галомен, ал металлға бай шоғырлар галактиканың орталық бөлігімен байланысты. Құс жолындағы металлға кедей шоғырлардың басым көпшілігі галактиканың галосының сыртқы бөлігіндегі жазықтықта орналасады. Бұл байқау II типті шоғырлар бұрын ойлағандай, Құс жолының шарлы шоғырлар жүйесінің ең көне мүшелері емес, бір серік галактикасынан тартылған деген пікірді қолдайды. Екі шоғырдың айырмашылығы екі галактиканың шоғыр жүйелерін қалыптастырған уақыт аралығындағы уақыт кешіктірімімен түсіндіріледі.
Экзотикалық компоненттер
Жұлдыздардың өзара тығыз әрекеттері мен дерлік соқтығысуы шарықты шоғырлардағы жұлдыздардың жоғары тығыздығының салдарынан салыстырмалы түрде жиі кездеседі. Осы кездейсоқ кездесулер көк артта қалған жұлдыздар, миллисекундтық пульсарлар және төмен массалы рентгендік екіжұлдыздар сияқты жұлдыздардың ерекше түрлеріне әкеледі, олар шарықты шоғырларда жиірек кездеседі. Көк артта қалған жұлдыздардың қалай пайда болатыны әлі анық емес, бірақ көптеген модельдер оларды жұлдыздар арасындағы әрекеттесулерге жатқызады, мысалы, жұлдыздық бірігу, бір жұлдыздан екіншісіне материалдың ауысуы немесе тіпті екі екіжұлды жүйе арасындағы кездесу. Нәтижесінде пайда болған жұлдыздың температурасы ұқсас жарықтығы бар шоғырдың басқа жұлдыздарына қарағанда жоғары болады, сондықтан ол шоғырдың пайда болу кезінде қалыптасқан негізгі тізбектегі жұлдыздардан ерекшеленеді. Кейбір шоғырларда көк артта қалған жұлдыздардың екі бөлек тізбегі бар, біреуі екіншісінен көк түсті. Бірақ бұл мәлімдемеге қарсылық білдіріледі. Егер расталса, қара тесік шоғырдың ортасында болады және қызыл шеңбермен шектелген әсер аймағына (қара тесік) ие болады. Астрономдар 1970 жылдан бері шарықты шоғырларда қара тесіктерді іздеп келеді. Бұл міндет үшін қажетті ажыратымдылық өте жоғары; алғашқы мәлімделген жаңалықтар тек 2002 және 2003 жылдары Хаббл ғарыш телескопы (HST) арқылы жасалды. HST байқауларына сүйене отырып, басқа зерттеушілер М15 шарықты шоғырындағы (күн массасы) аралық массалы қара тесік пен Андромеда галактикасының Майолл II шоғырындағы қара тесіктің бар екендігін ұсынды. MayallII-ден шығатын рентген және радио сәулелері аралық массалы қара тесікке сәйкес келеді; алайда, бұл мәлімделген байқаулар даулы. Шарықты шоғырлардағы ең ауыр денелер массалық бөлінудің салдарынан шоғырдың ортасына қарай жылжуы күтілуде. Бір зерттеу тобы масса мен жарық арақатынасы M15 және Mayall II-де қара тесік болмаса да, шоғырдың ортасына қарай күрт өсуі керек екенін атап өтті. 2018 жылғы байқаулар кез келген шарықты шоғырда, соның ішінде M15-те аралық массалы қара тесіктің болуын растамады, бірақ белгілі бір массасы бар қара тесікті толығымен жоққа шығара алмады. Соңында, 2023 жылы HST және Gaia ғарыш кемесінен алынған деректерді талдау ең жақын шарықты шоғыр Мессье 4-тің ортасында шамамен артық масса бар екенін көрсетті, ол кеңейтілмеген сияқты. Бұл орташа массалы қара тесіктің кинематикалық дәлелі болуы мүмкін.
Герцспринг-Расселл диаграммалары
Глобулярлық шоғырлардың Герцспрунг-Расселл диаграммалары (ГР диаграммалары) астрономдарға олардың жұлдыздар популяцияларының көптеген қасиеттерін анықтауға мүмкіндік береді. ГР диаграммасы – жұлдыздардың үлкен үлгісінің графигі, онда олардың абсолютті шамасы (олардың жарықтығы немесе стандартты қашықтықтан өлшенген жарқырауы) түс индексінің функциясы ретінде кескінделген. Түс индексі, шамамен айтқанда, жұлдыздың түсін өлшейді; оң түс индексі салқын бет температурасы бар қызыл жұлдызды, ал теріс мәндер ыстық бет температурасы бар көк жұлдызды көрсетеді. ГР диаграммасындағы жұлдыздар көбінесе жоғарғы сол жақтағы ыстық, жарқын жұлдыздардан төменгі оң жақтағы салқын, әлсіз жұлдыздарға қарай бағытталған, шамамен қисық сызық бойымен орналасқан. Бұл сызық негізгі тізбек деп аталады және жұлдыз эволюциясының бастапқы кезеңін көрсетеді. Диаграммада сонымен қатар эволюцияның кейінгі сатыларындағы жұлдыздар да бар, мысалы салқын, бірақ жарқын қызыл алыптар. ГР диаграммасын құру үшін байқалатын жұлдыздарға дейінгі қашықтықты білу қажет, осылайша көрінетін шаманы абсолютті шамаға айналдыруға болады. Глобулярлық шоғырдағы барлық жұлдыздар Жерден шамамен бірдей қашықтықта болғандықтан, олардың байқалатын шамаларын пайдаланатын түс-жарқындық диаграммасы, ГР диаграммасының ығысқан нұсқасына ұқсайды (олардың көрінетін және абсолютті шамалары арасындағы шамамен тұрақты айырмашылыққа байланысты). Бұл ығыс қашықтық модулі деп аталады және шоғырдың қашықтығын есептеу үшін қолданылуы мүмкін. Модульді шоғырдың түс-жарқындық диаграммасының ерекшеліктерін, басқа жұлдыздар жиынтығының ГР диаграммасындағы сәйкес ерекшеліктерімен салыстыру арқылы анықтайды. Бұл әдіс спектроскопиялық параллакс немесе негізгі тізбекті сәйкестендіру деп аталады.
Қасиеттері
Көмбелі шоғырлар бір гигант молекулалық бұлттан бірден пайда болғандықтан, шоғырдағы жұлдыздардың жасы мен құрамы шамамен бірдей болады. Жұлдыздың эволюциясы негізінен оның бастапқы массасымен анықталады, сондықтан шоғырдың H–R (Герцшпрунг-Рассел) немесе түс-шама диаграммасындағы жұлдыздардың орналасуы көбінесе олардың бастапқы массаларын көрсетеді. Сондықтан шоғырдың H–R диаграммасы әртүрлі жастағы жұлдыздарды қамтитын H–R диаграммаларынан мүлдем өзгеше көрінеді. Көмбелі шоғырлардың H–R диаграммаларындағы барлық жұлдыздар жақсы анықталған қисық сызыққа түседі, ал қисықтың пішіні шоғырдың жасын көрсетеді. Егжей-тегжейлі H–R диаграммасы көбінесе бірнеше жұлдыздық популяцияларды көрсетеді, бұл жақын орналасқан қисықтардың болуымен анықталады, олардың әрқайсысы сәл өзгеше жастағы немесе құрамы бар жұлдыздардың ерекше популяциясына сәйкес келеді. Негізгі тізбектегі ең массивті жұлдыздар ең жоғары жарықтылыққа ие және ең алдымен алып жұлдыз сатысына қарай эволюциялайды. Шоғырдың жасы ұлғайған сайын, массасы бірте-бірте төмендейтін жұлдыздар да солай болады. Сондықтан, бір популяцияның жасын анықтау үшін, алып жұлдыз сатысына кіре бастаған жұлдыздарды іздеу жеткілікті, олар H–R диаграммасында "тізе" құрайды – негізгі тізбек сызығынан оң жаққа және жоғары қарай иіліс, осыған байланысты негізгі тізбек бұрылысы деп аталады. Бұл иілістегі абсолютті шама тікелей шоғырдың жасына байланысты; жас шкаласын шамаға параллель ось бойынша салуға болады. Сонымен қатар, шоғырдағы жұлдыздардың H–R диаграммасындағы орналасуы (қашықтық индикаторларының жарықтығын қоса алғанда) байқаулардың қателіктеріне ұшырауы мүмкін. Мұндай әсерлердің бірі – бірігу (blending) – шарлы шоғырлардың ядролары соншалықты тығыз болғанда пайда болады, байқаулар бірнеше жұлдызды бір нысан ретінде көреді. Осылайша, бір ғана жұлдыздың өлшенген жарықтығы дұрыс емес, өйткені бірнеше жұлдыздың жарығы қосылғандықтан, ол тым жоғары болады. Нәтижесінде, есептелген қашықтық дұрыс емес, сондықтан бірігу әсері ғарыштық қашықтық сатысына жүйелі қателіктер енгізе алады және ғаламның жасын және Хаббл тұрақтысын бағалауда бұрмалауға әкелуі мүмкін.
Салдарлар
Көк жұлдыздар HR диаграммасында негізгі тізбектен жарық, көк түсті жұлдыздарға қарай бұрылатын қатар ретінде көрінеді. Ашық шоғырлар салыстырмалы түрде жарты миллиард жылдан ескі болмайды. Көгершін шоғырларының жасы бүкіл ғаламның жасына төменгі шек қояды, бұл космологияда маңызды шектеу тудырады. Астрономдар бұрын космологиялық модельдеріне қарамастан, ескірек шоғырлардың жасын анықтаумен күрескен, бірақ терең ғарыш зерттеулері мен спутниктер арқылы космологиялық параметрлерді дәл өлшеу бұл мәселені шешкендей. Көмбелі шоғырларды зерттеу, жұлдыздардың эволюциясына газ бен шаңның құрамының қалай әсер ететінін түсіндіреді; жұлдыздардың эволюциялық траекториялары ауыр элементтердің мөлшеріне байланысты өзгеріп отырады. Осы зерттеулерден алынған деректер бүкіл Күн жүйесінің эволюциясын зерттеу үшін пайдаланылады.
Морфология
+ Көгершінді шоғырлардың эллиптикалықтығыГалактикаЭллиптикалықШымыр жолы0.07±0.04LMC0.16±0.05SMC0.19±0.06M310.09±0.04 Ашық шоғырлардан өзгеше, көптеген көгершінді шоғырлар өз жұлдыздарының өмір сүру мерзіміне шамалас уақыт ішінде гравитациялық байланыста қалады. Басқа ірі денелермен күшті гравитациялық өзара әрекеттесулер кейбір жұлдыздардың таралуына алып келеді, нәтижесінде шоғырдан жұлынып шыққан жұлдыздардың "көгершінді құйрықтары" пайда болады. Қалыптасқаннан кейін, көгершінді шоғырдағы жұлдыздар бір-бірімен гравитациялық әсерлесе бастайды. Жұлдыздардың жылдамдықтары үнемі өзгереді және олар бастапқы жылдамдықтары туралы жадты жоғалтады. Бұл процеске қажетті уақыт – релаксация уақыты, ол жұлдыздың шоғырды кесіп өтуге қажетті уақытына және жұлдыздық массалар санына байланысты. Релаксация уақыты шоғырдан шоғырға өзгереді, бірақ әдетте бір миллиард жылға жуық болады. Көгершінді шоғырлар көбінесе шар тәрізді болғанымен, гравитациялық өзара әрекеттесулер эллиптикалық пішіннің пайда болуына себеп болуы мүмкін. Шымыр жолы мен Андромеда галактикаларындағы шоғырлар көбінесе сопақта шарлар пішіндес, ал Үлкен Магеллан бұлтындағылары көбірек эллипстік.
In contrast to open clusters, most globular clusters remain gravitationally bound together for time periods comparable to the lifespans of most of their stars. Strong tidal interactions with other large masses result in the dispersal of some stars, leaving behind "tidal tails" of stars removed from the cluster. After formation, the stars in the globular cluster begin to interact gravitationally with each other. The velocities of the stars steadily change, and the stars lose any history of their original velocity. The characteristic interval for this to occur is the relaxation time, related to the characteristic length of time a star needs to cross the cluster and the number of stellar masses. The relaxation time varies by cluster, but a typical value is on the order of one billion years. Although globular clusters are generally spherical in form, ellipticity can form via tidal interactions. Clusters within the Milky Way and the Andromeda Galaxy are typically oblate spheroids in shape, while those in the Large Magellanic Cloud are more elliptical.
Радий
Астрономдар шарлы шоғырдың морфологиясын (формасын) стандартты радиустар арқылы сипаттайды: өзек радиусы (rc), жартылай жарық радиусы (rh) және толқындық немесе Якоби радиусы (rt). Радиус физикалық қашықтық ретінде немесе аспандағы бұрыш ретінде берілуі мүмкін. Өзекке дейінгі радиусты қарастыра отырып, шоғырдың беттік жарықтығы қашықтықпен бірқалыпты түрде кемиді, ал өзек радиусы – беттік жарықтықтың жартысына дейін төмендеген қашықтық. Салыстыратын шама – жартылай жарық радиусы, яғни шоғырдың жалпы жарықтығының жартысын қамтитын өзекке дейінгі қашықтық; жартылай жарық радиусы әдетте өзек радиусынан үлкен болады. Көптеген шарлы шоғырлардың жартылай жарық радиусы он парсекке (pc) жетпейді, бірақ кейбір шарлы шоғырлардың радиусы өте үлкен, мысалы NGC 2419 (rh = 18 pc) және Palomar 14 (rh = 25 pc). Жартылай жарық радиусы шоғырдың сыртқы бөлігіндегі жұлдыздарды қамтиды, олар көру сызығы бойында орналасқан, сондықтан теоретиктер жартылай масса радиусын (rm) қолданады – шоғырдың жалпы массасының жартысын қамтитын өзекке дейінгі радиус. Жалпы көлеміне қатысты жартылай масса радиусы кішкентай болса, онда өзек тығыз екенін көрсетеді. Мысалы, Мессье 3 (M3) шамамен 18 доға минутына тең жалпы көрінетін өлшемге ие, бірақ жартылай масса радиусы бар болғаны 1,12 доға минуты. Толқын радиусы немесе Хилл сферасы – бұл галактиканың сыртқы гравитациясы шоғырдағы жұлдыздарға шоғырдың өзінен гөрі күштірек әсер ететін шарлы шоғырдың ортасынан басталатын қашықтық. Бұл шоғырға жататын жеке жұлдыздарды галактикадан бөліп алуға болатын қашықтық. Мысалы, M3 толқын радиусы шамамен қырық доға минуты немесе шамамен 113 pc-қа тең.
Массалық бөліну, жарықтылық және өзектің ыдырауы
Көптеген Күн жүйесі шоғырларында, шарлық шоғырдың беткі жарықтығы ядроға қашықтық азайған сайын алдымен артады, содан кейін ядродан шамамен 1–2 парсек қашықтықта тұрақтанады. Шарлық шоғырлардың шамамен 20%-ы «ядроның құлдырауы» деп аталатын процеске ұшырайды. Мұндай шоғырдағы жарықтық ядроға қарай үздірілмей өседі. Шарлық шоғырлардың модельдері ядроның құлдырауын шоғырдағы ауыр жұлдыздардың жеңіл әріптестерімен кездесуінен туындайды деп болжайды. Уақыт өте келе, динамикалық процестер жеке жұлдыздардың шоғырдың ортасынан сыртқа жылжуына себеп болады, нәтижесінде ядролық аймақтан кинетикалық энергияның жоғалуы және қалған жұлдыздардың ықшам көлемде орналасуына әкеледі. Бұл гравитотермиялық тұрақсыздық туындағанда, шоғырдың орталық аймағы жұлдыздармен тығыз толады, ал шоғырдың беткі жарықтығы қуат заңына сәйкес келеді. Ядродағы массивті қара тесік те жарықтық құлдырауын тудыруы мүмкін. Ұзақ уақыт бойы бұл ядроға жақын ауыр жұлдыздардың шоғырлануына алып келеді, бұл құбылыс массалық бөліну деп аталады. Екілік жұлдыз жүйелерінің динамикалық қыздыру әсері шоғырдың бастапқы ядролық құлдырауын болдырмауға көмектеседі. Жұлдыз екілік жүйеге жақын өткенде, соңғы жұптың орбитасы энергияны босатып, қысқарады. Осы бастапқы энергия қоры таусылғаннан кейін ғана ядроның терең құлдырауы жүреді. Керісінше, шарлық галактикалардың жазықтығы арқылы шарлық шоғырдың қайталап өтуінен туындайтын толқындық соққылар ядроның құлдырауын айтарлықтай жеделдетеді. Ядроның құлдырауы үш кезеңге бөлінеді. Шоғырдың жас кезінде ядроның құлдырауы ядроға ең жақын жұлдыздардан басталады. Екілік жұлдыз жүйелерінің өзара әрекеттесуі шоғыр орта жасқа келгенде одан әрі құлдырауға жол бермейді. Орталық екілік жүйелер бұзылады немесе шығарылады, нәтижесінде ядрода тығыз шоғырлану пайда болады. Құлаған ядро аймағындағы жұлдыздардың өзара әрекеттесуі тығыз екілік жүйелердің пайда болуына себеп болады. Басқа жұлдыздар осы тығыз екілік жүйелермен әрекеттескенде, олар ядродағы энергияны арттырады, бұл шоғырдың қайта кеңеюіне әкеледі. Галактиканың ядросының құлдырау уақыты әдетте галактиканың жасынан кем болғандықтан, галактиканың көптеген шарлық шоғыры ядроның құлдырау кезеңінен өтіп, содан кейін қайта кеңейген болуы мүмкін. Хаббл телескопы осы жұлдыз массасын сұрыптау процесінің сенімді байқау дәлелін ұсынды. Ауыр жұлдыздар баяулап, шоғырдың ортасында жиналады, ал жеңіл жұлдыздар жылдамдығын арттырып, шоғырдың шетінде көбірек уақыт өткізеді. Шамамен бір миллион жұлдыздан тұратын 47 Тукан шоғыры Оңтүстік жарты шардағы ең тығыз шарлық шоғырлардың бірі. Бұл шоғырдың шамамен он бес мың жұлдызының нақты жылдамдықтарын анықтаған интенсивті фотосуретке түсірілген зерттеу жүргізілді. Күн жүйесі мен Андромеда галактикасындағы шарлық шоғырлардың жалпы жарықтығы шамамен Гаусс таралымын көрсетеді, орташа шамасы Mv және σ2 дисперсиясы бар. Бұл шарлық шоғырлардың жарықтығының таралуы Шарлық шоғырлардың жарықтылық функциясы (GCLF) деп аталады. Күн жүйесі үшін Mv = -7.29 ± 0.13, σ = 1.1 ± 0.1. GCLF басқа галактикаларға дейінгі қашықтықты өлшеу үшін «стандартты шам» ретінде қолданылды, алыстағы галактикалардағы шарлық шоғырлар Күн жүйесіндегідей әрекет етеді деген болжаммен.
N-денелік симуляциялар
Көгершін шоғырындағы жұлдыздар арасындағы гравитациялық өзара әрекеттестікті есептеу N дене проблемасын шешуді қажет етеді. Динамикалық модельдеу үшін қарапайым есептеу шығыны N² (N – нысандар саны) пропорциясына сәйкес өседі, сондықтан мыңдаған жұлдыздардан тұратын шоқты дәл модельдеу үшін қажетті есептеу ресурстары өте көп болуы мүмкін. Көгершін шоғырының N дене динамикасын модельдеудің тиімді әдісі – оны шағын көлемдерге және жылдамдық диапазондарына бөлу, сондай-ақ жұлдыздардың орналасуын сипаттау үшін ықтималдықтарды пайдалану. Олардың қозғалысы Фокер-Планк теңдеуі арқылы сипатталады, көбінесе масса тығыздығын радиус функциясы ретінде сипаттайтын модель қолданылады, мысалы, Пламмер моделі. Екілік жұлдыздардың әсерін және сыртқы гравитациялық күштермен (мысалы, Күн жүйесі галактикасынан) өзара әрекеттесуді ескергенде модельдеу қиындайды. 2010 жылы төмен тығыздықтағы көгершін шоғырының өмірлік эволюциясы жұлдыздан-жұлдызға есептелді. Аяқталған N дене модельдеулері жұлдыздардың шоқтың ішінде ерекше жолдармен қозғалатынын көрсетті, көбінесе циклдар құрап, орталық массаны айналатын жалғыз жұлдызға қарағанда ядроға тікелей түседі. Сонымен қатар, кейбір жұлдыздар гравитациялық өзара әрекеттесулер нәтижесінде жылдамдығы жеткілікті түрде артып, шоқтың тартылысынан қашуға жетеді. Ұзақ уақыт өте бұл процесс шоқтың ыдырауына алып келеді, бұл процесс булану деп аталады. Көгершін шоғырының булануына кеткен орташа уақыт 10¹⁰ жылды құрайды, немесе оның сыртқы қабаттарынан жұлдыздардың біртіндеп төгілуі. Екілік жұлдыздар жұлдыздық жүйелердің маңызды бөлігін құрайды, барлық далалық жұлдыздардың және ашық шоғыр жұлдыздарының жартысына дейін екілік жүйелерде кездеседі. Көгершін шоғырындағы қазіргі екілік бөлшекті өлшеу қиын, ал олардың бастапқы екілік бөлшегі туралы кез келген ақпарат кейінгі динамикалық эволюция кезінде жоғалады. Көгершін шоғырларын сандық модельдеу екілік жұлдыздардың ядролық құлдырау процесін тежеуге және тіпті кері қайтаруға қабілетті екенін көрсетті. Шоқтың ішіндегі жұлдыз екілік жүйемен гравитациялық кездесу кезінде, екілік жүйе тығыз байланысқа түсіп, жалғыз жұлдызға кинетикалық энергия берілуі мүмкін. Бұл процестер нәтижесінде шоқтың ірі жұлдыздарының жылдамдығы артып, ядродағы ықшамдану төмендеп, ядроның құлдырауы шектеледі.
Аралық нысандар
Кластерлік жіктеу әрқашан нақты бола бермейді; бірнеше санатқа жататын объектілер табылды. Мысалы, Құс жолының оңтүстік бөлігіндегі BH 176 ашық және шар тәрізді шоғырдың ерекшеліктерін көрсетеді. 2005 жылы астрономдар Андромеда галактикасының галосында шар тәрізді шоғырға ұқсас, жаңа, "кеңейтілген" типтегі жұлдыздар шоғырын анықтады. Жаңа табылған үш шоғырдың жұлдыз саны шар тәрізді шоғырлармен салыстырылады және жұлдыз популяциясы мен металдық сияқты басқа да қасиеттерін бөліседі, бірақ бірнеше жүз жарық жылына жететін үлкен өлшемдерімен және жүз есе төмен тығыздықпен ерекшеленеді. Олардың жұлдыздары үлкен арақашықтықта орналасқан; параметрлік тұрғыдан қарағанда, бұл шоғырлар шар тәрізді шоғыр мен кішкентай шар тәрізді галактика арасында жатыр. Осы кеңейтілген шоғырлардың пайда болуы аккрециямен байланысты болуы мүмкін. Құс жолында мұндай шоғырлардың неге жоқ екені белгісіз; Андромеда мұндай шоғырларды құрайтын жалғыз галактика болмауы мүмкін, бірақ олардың басқа галактикаларда болуы әлі белгісіз. Толқындық әсерлер шоғырдың галосынан жұлдыздарды тартып алып, шоғырдың тек ядролық бөлігін қалдырады; осы жұлдыз іздері шоғырдан бірнеше градусқа дейін созылуы мүмкін. Бұл құйрықтар әдетте шоғырдың орбитасы бойымен оның алдында да, артында да орналасады және шоғырдың бастапқы массасының маңызды бөлігін жинақтап, іріктемелерге ұқсас құрылымдарды қалыптастырады. Мысалы, Palomar 5 шар тәрізді шоғыры Құс жолы арқылы өтіп кеткеннен кейін орбитасының апогалактикалық нүктесіне жақын орналасқан. Бұл шоғырдың орбиталық жолының алдыңғы және артқы бөліктеріне қарай жұлдыздар ағындары 13 000 жарық жылына дейін созылады. Толқындық өзара әрекеттесу Palomar 5-тің массасының көп бөлігін жойды; Галактикалық орталықпен болашақ өзара әрекеттесу оны Құс жолының галосында айналатын жұлдыздардың ұзақ ағынына айналдыруы мүмкін. Құс жолы Ақсақал ағыны арқылы Ақсақал кішкентай шар тәрізді галактикасынан жұлдыздар мен шар тәрізді шоғырларды тартып алу процесінде. Құс жолының сыртқы галосындағы шар тәрізді шоғырлардың шамамен 20% осы галактикада пайда болған болуы мүмкін. Мысалы, Palomar 12 Ақсақал кішкентай шар тәрізді галактикасында пайда болған, бірақ қазір Құс жолымен байланысты. Осы сияқты толқындық әсерлер шар тәрізді шоғырға кинетикалық энергияны қосып, булану жылдамдығын күрт арттырады және шоғырдың өлшемін кішірейтеді.
Планеталар
Астрономдар шар тәрізді жұлдыз шоғырындағы жұлдыздардың экзопланеталарын іздестіруде. 2000 жылы 47 Туканае шарлы шоғырындағы алып планеталарды іздеу сәтсіз аяқталды, бұл осы планеталарды құру үшін қажетті ауыр элементтердің шамасы – шарлы шоғырлардағыдай – Күннің шамасының кем дегенде 40% болуы керектігін көрсетеді. Жер тәрізді планеталар кремний, темір және магний сияқты ауыр элементтерден құралғандықтан, осы шоғырдың жұлдыздарында Жер массасымен тең планеталардың пайда болу ықтималдығы Күн жүйесіндегі жұлдыздарға қарағанда әлдеқайда төмен. Сондықтан шарлы шоғырларда тіршілікке жарамды жер планеталарының болуы күмәнді. Месие 4 шарлы шоғырында PSR B1620-26 екі жұлдыздық жүйедегі пульсардың айналасында айналып жүрген алып планета табылды. Планетаның эксцентрлі және жоғары бұрышты орбитасы оның бұл шоғырдағы басқа жұлдыздың шамасында пайда болып, кейіннен қазіргі орналасуына "ауысқан" болуы мүмкін екенін ұсынады. Шарлы шоғырлардағы жұлдыздардың жақын арадағы қақтығыстары планеталық жүйелерді бұзуы мүмкін; кейбір планеталар галактикада жалғыз қалып, адасқан планеталарға айналады. Жұлдыздарына жақын айналып жүрген планеталар бұзылуға ұшырауы мүмкін, бұл орбитаның ыдырауына және орбиталық эксцентрицитет пен гравитациялық әсердің күшеюіне алып келуі мүмкін. 2024 жылы "M62H" пульсарының жанынан газды алып планета немесе қоңыр жұлдыз табылды, атауынан-ақ бұл планеталық жүйенің Мессье 62 шарлы шоғына жататыны белгілі болады.