Küresel yıldız kümesi
Morfoloji > Kütle ayrımı, parlaklık ve çekirdek çökmesi

Bir küresel yıldız kümesinin çekirdeğinden olan uzaklığına göre verilen fonksiyonuna bakarak parlaklık eğrisi ölçülebilir. Samanyolu gök adasındaki birçok yıldız kümesinin parlaklığı mesafe azaldıkça sabit bir şekilde artıyor. Çekirdekten belirli bir uzaklığa kadar artıyor daha sonra parkalık sıfırlanıyor. Genel olarak bu mesafe çekirdekten 1-2 parsek uzaklığındadır. Bununla birlikte küresel yıldız kümelerinin yüzde 20'si "çekirdek çökmesi" olarak isimlendirilmiş bir süreç içine girerler. Bu küme çeşidinde, parlaklık çekirdeğe kadar sabit bir şekilde artmaya devam eder Çekirdeği çökmüş küresel yıldız kümesi çeşidine M15 örnek olarak verilebilir.
Çekirdek çökmelerinin, küresel yıldız kümesi içindeki çok büyük yıldızların daha küçük bileşenleri ile karşılaştığında gerçekleştiği düşünülüyor. Zaman geçtikçe, dinamik süreçler bireysel yıldızların küme merkezinden kümenin dışına doğru göç etmesine neden oluyor. Bu çekirdek bölgesindeki net kinetik enerjide bir kayba neden oluyor. Yıldızların daha sıkışık bir hacimde grup halinde bulunmasına neden oluyor. Bu dengesizlik meydana geldikçe kümenin merkez bölgesi yıldızlarla daha kalabalık ve yoğunluğu fazla olacak. Kümenin yüzey parlaklığı ise doruğa çıkacak. (Çekirdek çökmesi parlaklık dağılımına sebep olan tek bir mekanizma değildir. Aynı zamanda merkezdeki çok büyük kütleli bir karadelik sayesinde parlaklık zirveye çıkabilir.) Zamanın daha uzun bir periyodu geçtikten sonra, devasa yıldızlar çekirdek yakınlarında yoğunlaşmaya başlıyorlar. Bu olay kütle ayrımı olarak adlandırılır.
Çift yıldız sistemlerinin dinamik ısıtıcı etkileri, kümenin başlangıçtaki çekirdek çökmesini önlemek için çalışıyor. Bir yıldız, çift yıldız sisteminin yakınlarından geçerken çiftin birinin yörüngesi daralır ve enerjisini kaybeder. Aksine, küresel yıldız kümesi tekrar tekrar spiral galaksi düzlemi boyunca geçerken gelgit şoklarının etkileri çekirdek çökmesini ivmelendirmeye meyillidir.
Çekirdek çökmesinin farklı aşamaları üç parçaya bölünebilir. Küresel yıldız kümesinin büyüme çağı boyunca, çekirdek çökme süreci yıldızın merkezine yakın kısımda başlar. Bununla birlikte, çift yıldız sistemlerindeki etkileşimler, küme orta yaşlara yaklaştıkça ilerideki çekirdek çökmelerini önler. Son olarak, merkezi çift yıldızlar bozulmuş veya dışarı atılmış olsun, merkezdeki yoğunluğu daha sıkı hâle getirir.
Çökmüş çekirdek bölgesindeki yıldızların etkileşimleri daha yoğun çift yıldız sistemlerinin oluşmasına zemin hazırlıyor. Diğer yıldızların bu yoğun çift yıldızlarla etkileşmeleri merkezdeki enerjiyi artırıyor. Bu ise küresel yıldız kümesinin yeniden genişlemesine neden oluyor. Çekirdek çökmesi için geçen zaman tipik olarak galaksinin yaşından daha azdır. Galaksi içindeki küresel yıldız kümelerinin birçoğu çekirdek çökmesi aşamasını geçmiştir ve daha sonra genişlemiştir.
Hubble Uzay Teleskobu, küresel yıldız kümelerindeki kütle ayrımı sürecinin gözlemsel kanıtlarını sağlamak için kullanıldı. Daha ağır yıldızlar yavaşça merkeze çöküyor ve kümenin çekirdeğinde kalabalıklaşıyorlarken hafif yıldızlar hızlıca kümenin dış sınır çizgisinde daha çok zaman geçirmeye meyilliler. Küresel yıldız kümesi 47 Tucanae, yaklaşık 1 milyon yıldızdan oluşmuştur ve Güney yarımküredeki en yoğun küresel yıldız kümelerinden biridir. Bu küme yoğun fotografik araştırmalara maruz kalmıştır. Bu araştırmalar astronomlara küme içindeki yıldızların hareketlerini inceleme olanağı sunmuştur. Küme içindeki yaklaşık 15,000 yıldızın kesin hızları alınmıştır.
2008 yılında John Fregeau'un Samanyolu galaksisi içindeki 13 tane küresel yıldız kümesi için yaptığı çalışmalar gösteriyor ki bunlardan 3 tanesi sıra dışı büyük sayılarda X ışını kaynağı ya da X ışını çift sistemler. Bunlar kümenin orta yaşta olduğunu gösteriyor. Daha önce astronomlar tarafından başka bir yaş testi kullanılarak bu küresel yıldız kümeleri büyük yaşta sınıfına alınmışlardı çünkü merkezlerinde çok sıkı yoğunlukta yıldızlar bulunduruyorlar. Buradan çıkan sonuç, birçok küresel yıldız kümesinin, Fregeau tarafından çalışılmış diğer 10 tanesi de, daha önceden düşünüldüğü gibi orta yaşta olmadığı oldu. Gerçekte büyüme çağında oldukları bulundu.
Samanyolu ve Andromeda'daki bütün küresel yıldız kümelerinin parlaklığı Gauss fonksiyonu ile modellenebilir. Bu gauss ortalama şiddet Mv ve değişken σ2 ile tanımlanabilir. Küresel yıldız kümelerinin parlaklığındaki bu dağılım Küresel Yıldız Kümeleri Parlaklık Fonksiyonu (KYKPF)olarak adlandırılır. (Samanyolu için, Mv = −7.20 ± 0.13, σ = 1.1 ± 0.1 büyüklüklerinde.) KYKPF aynı zamanda diğer galaksilerin uzaklığını ölçmek için standart ışık olarak kullanılabilir. Samanyolu galaksisinde olduğu gibi uzaklaşan galaksilerdeki küresel yıldız kümelerinin Samanyolu galaksisindekilerle aynı yolu izlediği varsayımı yapılmıştır.