Mladá horúca modrá hviezda - hovorila supermasívna čierna diera, je čas, aby ste opustili galaxiu. Jedna hviezda je umiestnená na eliptickú obežnú dráhu okolo supermasívnej čiernej diery a druhá je vyhodená priamo z galaxie. Warren Brown z Harvardsko-Smithsonovského centra pre astrofyziku bol jedným z astronómov, ktorí nedávno objavili dve vyhostené hviezdy.
Vypočujte si rozhovor: Galactic Exiles (6,2 MB)
Alebo sa prihláste na odber podcastu: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Môžete mi povedať o hviezdach, ktoré ste pozorovali, ao tom, ako vyšli z našej galaxie?
Warren Brown: Objavili sme dve hviezdy vo vzdialených oblastiach Mliečnej dráhy, ktoré cestujú rýchlosťou, ktorú nikto v skutočnosti nikdy nevidel v našej galaxii, aspoň hviezdy mimo galaktického centra. Až na to, že tieto hviezdy sú od galaktického centra vzdialené stovky tisíc svetelných rokov. Jediným hodnoverným vysvetlením ich rýchlosti je však to, že ich vyvrhla supermasívna čierna diera v strede galaxie.
Fraser: Takže blúdili príliš blízko supermasívnej čiernej diery a boli tak trochu vyhodení?
Brown: Áno, takže tu je obrázok. Tento scenár vyžaduje tri telá a astronómovia tvrdia, že najpravdepodobnejším spôsobom, ako sa to stalo, je, ak máte pár hviezd. Ako možno viete, niečo ako polovica hviezd na oblohe sú v skutočnosti systémy obsahujúce pár alebo niekedy viac hviezd. Ak teda máte pevne zviazanú dvojicu hviezd, ktoré sa z nejakého dôvodu pohybujú príliš blízko supermasívnej čiernej diery, jej gravitácia v určitom okamihu prekročí väzobnú energiu medzi párom hviezd a vytrhne jednu z týchto hviezd. , Zachytí jednu hviezdu, ale druhá hviezda potom opustí systém s orbitálnou energiou páru. A takto získate ďalšiu podporu rýchlosti. Je to, že supermasívna čierna diera je v podstate schopná rozvinúť jednu hviezdu, zachytiť ju a nechať druhú s celým množstvom energie, ktorú mal pár. A táto hviezda sa potom dostane z galaxie.
Fraser: Keby sa teda obyčajná hviezda priblížila príliš blízko, nemala by byť vypustená energia. Myslím, že som videl niekoľko simulácií, keď sa hviezda priblíži k čiernej diere a nejakým spôsobom zmení smer jej dráhy, ale stále obieha okolo.
Brown: Iste, viete si predstaviť, že je to ako kozmická loď, ktorá priťahuje okolo Jupitera alebo tak niečo. Dokážete si predstaviť, že by ste mohli meniť trajektóriu a dosahovať určitú rýchlosť. V galaxii však nie je žiadny mechanizmus, ktorý by dosiahol tak veľkú rýchlosť pre niečo, čo je hmotnosťou hviezdy 3 - 3 solárnej hmoty. To si vyžaduje interakciu troch tiel, aby sme vytvorili rýchlosť, ktorú vidíme. A čo pozorujeme, je ich pohyb voči nám. Pohybujú sa od nás rýchlosťou 1-1,5 milióna míľ za hodinu.
Fraser: Ako rýchlo by hviezdy šli, keď prišli na stretnutie s ich rozchodom?
Brown: Neviem s istotou. Pravdepodobne niečo 10 krát, tesne pred tým okamihom, keď kývajú okolo čiernej diery. Samozrejme, keď necháte gravitačný potenciál studne čiernej diery, celkom náhle spomalia. Ich konečná úniková rýchlosť je to, čo pozorujeme teraz; je to rádovo milión kilometrov za hodinu. A to je oveľa viac ako dvojnásobok rýchlosti, ktorú musíte úplne uniknúť našej galaxii. Tieto hviezdy sú skutočne exulanti. Vychádzajú z galaxie a nikdy sa nevrátia.
Fraser: A jedna hviezda je vyhodená. Čo sa stane s druhou hviezdou?
Brown: To je zaujímavá otázka. V skutočnosti existuje teoretický dokument, ktorý napísali niektorí teoretici a ktorý navrhol, že tieto hviezdy na veľmi dlhých eliptických dráhach okolo centrálnej masívnej čiernej diery by mohli byť bývalými spoločníkmi týchto takzvaných hypervelocity, ktoré sme objavili. A to je druh obežnej dráhy, ktorú by ste očakávali. Pokiaľ hviezda nie je taká nešťastná, že spadne priamo do čiernej diery, ak jej chýba len trochu, bude sa len krútiť a potom bude na veľmi dlhej eliptickej obežnej dráhe okolo centrálnej masívnej čiernej diery.
Fraser: A odkiaľ tento pár vznikol? Je to osud, ktorý by mohol ovplyvniť niektoré binárne hviezdy v okolí?
Brown: Nuž, to sa vlastne dostane k väčšiemu obrazu. Galaktické centrum je zaujímavé miesto. Má veľa mladých hviezd. Tri z najmladších masívnych hviezdokopov objavených v galaxii pochádzajú z blízkosti galaktického centra. A obsahujú niektoré z najmasívnejších hviezd v galaxii. Takže tam dole je veľa mladých hviezd. Otázkou je, ako môžete získať hviezdu, aby vyladila svoju obežnú dráhu tak, že bude strieľať priamo smerom k supermasívnej čiernej diere namiesto toho, aby obiehala okolo nej, ako Zem obieha okolo Slnka. A to je otvorená otázka. A jedna vec, ktorú tieto hviezdy hypervelocity, ktoré sme objavili, nám začínajú naznačovať, ako tento mechanizmus funguje. Pretože napríklad jedna myšlienka je, že sme s týmito hviezdnymi zhlukami pozorovali. Možno dynamickým trením, keď sa stretnú s inými hviezdami, môžu pomaly klesať smerom k galaktickému stredu, kde je čierna diera. A to sa malo stať, viete si predstaviť, že hneď pri tej obrovskej čiernej diere bolo zrazu veľa hviezd. Mohli by ste získať výbuch týchto hviezd hypervelocity. Sú tu rôzne druhy hviezd. A napriek tomu majú hviezdy, ktoré pozorujeme, rôzne cestovné časy od galaktického centra. Je to iba sugestívne, ale už začíname hovoriť niečo o histórii hviezd interagujúcich so supermasívnou čiernou dierou. A zatiaľ sa zdá, že neexistuje dôkaz o tom, že hviezdokopy padajú do galaktického centra.
Fraser: Môže existovať nejaký dopravný pás, z ktorého sa rodia hviezdy a potom sa pomaly klesajú a potom sú vyhodené, keď sa dostanú príliš blízko.
Brown: Áno, to je jeden nápad. Aby tento dopravný pás fungoval, potrebujete na prácu tohto dopravníka nejaké masívne miesto ako hviezdokopa. Aby bolo možné niečo klesnúť smerom k masívnej čiernej diere. Keď sa masívny objekt stretne s množstvom masívnych objektov, ukáže sa, že menej masívne objekty majú tendenciu vydávať trochu viac energie. Ako masívny objekt, v tomto prípade hviezdokopa, stráca energiu, jej obežná dráha sa rozpadá a približuje sa ku galaktickému stredu.
Fraser: S niekoľkými hviezdami, ktoré ste našli, a veľkým počtom hviezd v galaxii muselo byť týchto chlapcov dosť ťažké nájsť. Aká bola metóda, ktorú ste použili?
Brown: Áno, to je vlastne jeden z vzrušujúcich výsledkov tejto doby. Prvý objav, pred rokom, po prvej hviezde s hypervelocity, to bolo niečo ako náhodný objav. A tentokrát sme ich aktívne hľadali. Trik bol v tom, že tieto veci by mali byť veľmi zriedkavé. Teoretici odhadujú, že v celej galaxii je asi tisíc týchto hviezd. A galaxia obsahuje viac ako 100 miliárd hviezd. Museli sme sa teda pozerať spôsobom, ktorý nám dal dosť dobrú šancu ich nájsť. A naša stratégia bola dvojaká. Jedným z nich je, že na okraji Mliečnej dráhy sú väčšinou staré, trpasličí hviezdy. Hviezdy ako Slnko alebo menej červené hviezdy. Neexistujú žiadne mladé, modré masívne hviezdy, a to je druh hviezdy, ktorú sme sa rozhodli hľadať; hviezdy, ktoré sú mladé a žiarivé, aby sme ich mohli vidieť ďaleko, ale kde by také hviezdy nemali byť na okraji galaxie. Druhou časťou stratégie bolo hľadať slabé hviezdy. Čím ďalej idete, tým menej hviezd galaxie v pozadí musíte zápasiť. A s väčšou pravdepodobnosťou narazíte na tieto hviezdy hypervelocity, na rozdiel od inej hviezdy, ktorá práve obieha galaxiu.
Fraser: A aký je spôsob, ktorým v skutočnosti hovoríš, ako rýchlo sa hviezda pohybuje?
Brown: Na to sme museli vziať spektrum hviezdy. Použitím 6,5 MMT ďalekohľadu v Arizone sme hviezdu namierili na jednu z našich kandidátskych hviezd, z nej sme odobrali svetlo, dali sme ju do dúhového spektra a urobili sme obraz tohto spektra. A prvky v hviezdnej atmosfére slúžia ako odtlačky prstov. Môžete vidieť absorpčné čiary v dôsledku vodíka, hélia a ďalších prvkov. A pomocou pohybov Dopplerove posuny - v tomto prípade červené posuny - tých vlnových dĺžok nám povedali, ako rýchlo sa od nás hviezdy pohybujú. A väčšina z hviezd v našej vzorke boli normálne hviezdy galaxie; pohybovali sa pomerne pomaly a potom sa stalo, že dve z nich cestovali pomerne rýchlo, a práve tie sme oznámili práve teraz.
Fraser: A čo si myslíte, že nám to hovorí o vytvorení hviezd alebo stredu galaxie, alebo ...
Brown: No, toto je tentoraz zaujímavá časť príbehu. Teraz, keď ich máme skutočne vzorku, sú to skutočne nové triedy objektov, tieto hviezdy hypervelocity, môžeme začať hovoriť niečo o tom, odkiaľ pochádzajú, čo je galaktické centrum. Tieto hviezdy sú jedinečne vhodné na to, aby nám rozprávali príbeh o tom, čo sa deje v galaktickom centre. Čas ich cesty nám hovorí niečo o histórii, o tom, čo sa deje, ale aj o druhoch hviezd, ktoré vidíme. V tomto prípade tieto mladé, modré hviezdy - tieto 3 - 4 hviezdy solárnej hmoty - ktoré im astronómovia nazývajú hviezdy typu B. Skutočnosť, že sme v našom prieskumnom regióne videli dve, ktoré sme vykonali pre približne 5% oblohy, je v súlade s priemerným rozdelením hviezd, ktoré by ste videli v galaxii. Ale v rozpore s tým, čo veľa z týchto hviezdokôp vidíte v galaktickom centre. Len skutočnosť, že vidíte typ hviezd, sa začína rozprávať o populácii toho, čo bolo vystrelené z galaxie. V tomto prípade to nevyzerá, akoby to boli tieto superhmotné zhluky hviezd, ale skôr vaša priemerná hviezda putujúca galaxiou.
Fraser: A ak by ste mali k dispozícii nejaký super Hubbleov teleskop, čo by ste hľadali?
Brown: Och, mali by sme hľadať pohyb týchto hviezd na oblohe. Takže všetko, čo vieme, je ich minimálna rýchlosť. Jediné, čo môžeme zmerať, je ich rýchlosť v očiach voči nám. To, čo nevieme, je rýchlosť v rovine oblohy, tzv. Správny pohyb. To je možné s Hubbleom, ak máte 3 - 5-ročné základné línie, s ktorými sa tieto hviezdy pohybujú. Mal by to byť veľmi malý pohyb. Keby ste mali super Hubble, možno ste to videli o rok. To by bolo veľmi zaujímavé vedieť. Nielenže by ste si to s istotou povedali, že tieto skutočne pochádzajú z galaktického centra a nie z iného miesta, ale aj z ich trajektórií. Ak ste presne vedeli, ako sa pohybujú, akákoľvek odchýlka od priamky od galaktického centra vám povie, ako gravitácia galaxie ovplyvňuje ich trajektóriu v priebehu času. A to je tiež veľmi zaujímavé vedieť.
Fraser: Správne, aby to pomohlo s vykreslením distribúcie temnej hmoty.
Brown: Presne tak. Astronómovia teda odvodzujú prítomnosť temnej hmoty. Vidíme, že hviezdy obiehajú okolo galaxie rýchlejšie, ako by mali byť len preto, že sa zdá, že existuje masa, ktorú nemôžeme zodpovedať za ich držanie na ich obežných dráhach. A v tejto temnej hmote je ťažké zistiť, ako je distribuovaná v galaxii. Ale tieto hviezdy sú už na okraji galaxie a keď ňou prechádzajú, táto porucha, tento gravitačný ťah temnej hmoty, keď tieto veci prechádzajú galaxiou, sa pomaly sčítavajú. Takže vlastne merajú distribúciu tejto temnej hmoty, len na svojich obežných dráhach. Takže, ak by ste mohli zmerať ich pohyb, vzorky hviezd, začne vám to vlastne ukazovať, ako je temná hmota distribuovaná okolo galaxie.
