Har stjärnhopar många generationer av stjärnor eller bara en? Forskare har länge letat efter ett svar och, tack vare University of Arizonas MMT-teleskop, hittade en i Wild Duck Cluster, där stjärnor snurrar i olika hastigheter, dölja sin vanliga ålder.

I ett partnerskap mellan UA och Korean Astronomy and Space Science Institute, ett team av koreanska och belgiska astronomer använde UA-instrument för att lösa ett pussel om flockar av stjärnor som kallas öppna kluster.

Astronomer har länge trott att många öppna hopar består av en enda generation stjärnor eftersom när stjärnor har bildats, deras strålning blåser bort närliggande material som behövs för att göra nya stjärnor. Men i Wild Duck Cluster – känd av forskare som Messier 11, eller M11 – stjärnor med samma ljusstyrka visas i olika färger, tyder på att de är i olika åldrar. Om inte forskare hade missat viktiga ledtrådar om stjärnutveckling, det måste finnas en annan förklaring till spridningen av färger i denna ansamling av cirka 2, 900 stjärnor.

"Astronomer har arbetat med denna fråga i decennier, sa Serena Kim, en associerad astronom vid UA:s Steward Observatory. "Formas kluster i en generation eller flera generationer? Vår studie besvarade denna fråga för Wild Duck Cluster."

Beomdu Lim från Kyung Hee University ledde ett internationellt team av astronomer som använde MMT-teleskopet – som drivs gemensamt av UA och Smithsonian Astrophysical Observatory – för att studera klustret. Teamet upptäckte att det inte är stjärnornas åldrar som gör att de visas i en spridning av färg:det är deras rotation.

Öppna hopar innehåller tusentals stjärnor som astronomer antar att de bildats av samma gigantiska gasmoln. Dessa stjärnor finns i alla storlekar, från kortlivade, gigantiska blå stjärnor dussintals gånger mer massiva än vår sol, till långlivade lågmassadvärgar som kommer att brinna i 10 miljarder år eller längre. Ljusstyrkan och färgen på varje stjärna ändras när den blir äldre, gör det möjligt för forskare att bestämma dess ålder.

"När en stjärna blir äldre och äldre, det ljusnar och blir rödare, " sa Lim.

Astronomer plottar unga stjärnors ljusstyrka och färg i en diagonal linje – från ljusa, blått och massivt i toppen av raden, ner till svimning, röd och mindre massiv i botten – kallas huvudsekvensen.

Vändpunkten – den punkt vid vilken en stjärna åldras och svänger från huvudsekvensen – används för att bestämma hoparnas ålder baserat på den kända förväntade livslängden för varje stjärna. Om stjärnorna lämnar huvudsekvensen vid samma punkt, som bilar på en motorväg som tar samma avfart, då är klustrets stjärnor alla i samma ålder.

I Wild Duck Cluster, dock, stjärnorna avviker från diagonalen vid olika punkter, som bilar som tar olika avfarter längs en motorväg.

"Det här verkar inte intuitivt, eftersom stjärnorna i en öppen klunga som M11 tros tillhöra samma generation, " sa Kim.

Lim och hans team satte sig för att upptäcka vilka stjärnegenskaper som potentiellt skulle kunna förklara detta mönster.

De vände MMT-teleskopet mot klustret för att undersöka stjärnornas färgspektrum med hjälp av en Hectochelle. Instrumentet fungerar som ett prisma och sprider stjärnljus i dess komponenter, som astronomer kallar ett spektrum. Spektran är som streckkoder, med varje linje som identifierar en annan kemikalie i stjärnans makeup.

Hectochelle kan fånga detaljerade spektra av många stjärnor samtidigt, vilket gör det till ett idealiskt instrument för att observera kluster som vildanden, som består av tusentals stjärnor.

När en stjärna roterar, ena sidan av den rör sig mot jorden och den andra rör sig bort. Hälften av stjärnan som roterar mot jorden avger ljus med våglängder som ser sammanpressade ut, få ljuset att se blåare ut än det skulle vara om stjärnan inte rörde sig. Hälften av stjärnan som roterar bort från jorden gör att våglängderna ser utsträckta ut, får dess ljus att verka rödare. Denna klämning och sträckning gör att spektrala linjer sprids över ett antal våglängder, snarare än att spika på bara en.

Stjärnorna i Wild Duck Cluster, det visar sig, är utspridda i färgspektrat inte på grund av olika åldrar, men på grund av olika rotationsperioder.

"Effekterna av rotation på stjärnutvecklingen försummades ofta förr, sa Yaël Nazé, en astronom vid universitetet i Liège i Belgien och medförfattare till tidningen.

Spektran avslöjade också att stjärnorna snurrar i olika hastigheter. Lim och hans team utförde datorsimuleringar för att ta reda på hur snabbt varje stjärna roterar.

"En snabbt roterande stjärna kan förbli i huvudsekvensstadiet längre än en långsamt roterande stjärna, "Sade Lim. "Ett brett spektrum av stjärnors hastigheter resulterar i skillnader i livslängder mellan stjärnorna."

Rotationshastigheten är som en ungdomskälla för en stjärna:Ju snabbare den snurrar, desto bättre blandar den väte – stjärnans bränsle – i sin kärna. Ju mer väte kärnan får, ju längre stjärnan lever, får det att se rödare ut än yngre syskon.

Stjärnor i klustret visas i olika färger eftersom molnet de föddes i satte dem i rörelse som skulle förlänga livslängden för några av dem.

Även om det inte är en del av studien Wild Duck Cluster, Kim har arbetat med Lim tidigare för att studera andra stjärnhopar och avslöja mysterier kring stjärnbildning. Deras samarbeten är en del av ett växande partnerskap mellan UA och Korean Astronomy and Space Science Institute.