Ilustracja artysty galaktycznego wygnania. Źródło zdjęcia: CfA. Kliknij, aby powiększyć.
Posłuchaj wywiadu: Galactic Exiles (6.2 MB)
Lub subskrybuj podcast: universetoday.com/audio.xml
Co to jest podcast?
Fraser Cain: Czy możesz mi powiedzieć o gwiazdach, które obserwowałeś io tym, jak zostały wyrzucone z naszej galaktyki?
Dr Warren Brown: Odkryliśmy dwie gwiazdy w odległych regionach Drogi Mlecznej, które podróżują z prędkościami, których nikt tak naprawdę nigdy nie widział w naszej galaktyce, przynajmniej gwiazdy poza centrum galaktyki. Tyle że gwiazdy te znajdują się setki tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki. A jednak jedynym możliwym wytłumaczeniem ich prędkości jest to, że zostali wyrzuceni przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki.
Fraser: Więc zbytnio zbliżyli się do supermasywnej czarnej dziury i zostali wyrzuceni?
Brown: Tak, więc oto zdjęcie. Ten scenariusz wymaga trzech ciał, a astronomowie twierdzą, że najbardziej prawdopodobnym sposobem na to jest posiadanie pary gwiazd. Jak być może wiesz, coś w rodzaju połowy gwiazd na niebie to w rzeczywistości układy zawierające parę, a czasem więcej gwiazd. Jeśli więc masz mocno związaną parę gwiazd, które z jakiegoś powodu podróżują zbyt blisko do supermasywnej czarnej dziury, w pewnym momencie grawitacja czarnej dziury przekroczy energię wiązania między parą gwiazd i oderwie jedną z tych gwiazd . Przechwyci jedną gwiazdę, ale druga gwiazda opuści układ z energią orbitalną pary. I w ten sposób uzyskujesz dodatkowy wzrost prędkości. Chodzi o to, że supermasywna czarna dziura w zasadzie jest w stanie rozwiązać jedną gwiazdę, schwytać ją i pozostawić drugiej z całą ilością energii, jaką posiadała ta para. I wtedy ta gwiazda zostaje wyrzucona prosto z galaktyki.
Fraser: Gdyby więc zwykła, pojedyncza gwiazda zbliżyła się zbyt blisko, nie miałaby energii do wyrzucenia. Myślę, że widziałem niektóre symulacje, w których gwiazda zbytnio zbliża się do czarnej dziury i niejako zmienia kierunek swojej orbity, ale nadal krąży wokół.
Brown: Jasne, możesz sobie wyobrazić, że to jak statek kosmiczny, który dostaje procę wokół Jowisza lub coś takiego. Możesz sobie wyobrazić, że zmieniasz trajektorię i nabierasz prędkości. Ale w galaktyce nie ma mechanizmu pozwalającego na uzyskanie takiej prędkości dla czegoś, co jest masą gwiazdy o masie 3-4 Słońca. Wymaga to interakcji trzech ciał, aby stworzyć prędkość, którą widzimy. I obserwujemy ich ruch w stosunku do nas. Odsuwają się od nas z prędkością około 1-1,5 miliona mil na godzinę.
Fraser: Jak szybko będą szły gwiazdy, gdy przyszły spotkać się z rozstaniem?
Brown: nie wiem na pewno. Prawdopodobnie coś 10 razy, tuż przed tym momentem, kiedy przelatują obok czarnej dziury. Oczywiście, kiedy opuścisz studnię potencjału grawitacyjnego czarnej dziury, gwałtownie zwalnia. Ich ostateczna prędkość ucieczki jest tym, co obserwujemy teraz; jest rzędu mil mil na godzinę. To ponad dwukrotnie większa prędkość niż potrzeba, aby całkowicie uciec z naszej galaktyki. Te gwiazdy naprawdę są wygnańcami. Są wyrzuceni z galaktyki i nigdy nie wrócą.
Fraser: I jedna gwiazda zostaje wyrzucona. Co dzieje się z drugą gwiazdą?
Brown: To interesujące pytanie. W rzeczywistości istnieje artykuł teoretyczny, który napisali niektórzy teoretycy, który sugeruje, że te gwiazdy na bardzo długich orbitach eliptycznych wokół masywnej czarnej dziury mogą być dawnymi towarzyszami odkrytych przez nas tak zwanych gwiazd hiperszybkości. I takiej orbity można się spodziewać. O ile gwiazda nie będzie tak pechowa, że spadnie prosto do czarnej dziury, jeśli trochę jej nie trafi, po prostu się zawróci, a następnie znajdzie się na bardzo długiej orbicie eliptycznej wokół centralnej masywnej czarnej dziury.
Fraser: A skąd się wzięła ta para? Czy to może wpłynąć na niektóre pobliskie gwiazdy podwójne?
Brown: Cóż, to w rzeczywistości prowadzi do większego obrazu. Centrum galaktyki to interesujące miejsce. Ma wiele młodych gwiazd. Trzy z najmłodszych masywnych gromad gwiazd odkrytych w galaktyce pochodzą bezpośrednio z centrum galaktyki. I zawierają jedne z najbardziej masywnych gwiazd w galaktyce. Więc wokół jest wiele młodych gwiazd. Pytanie brzmi: jak sprawić, by gwiazda dostroiła swoją orbitę, aby strzelała prosto w kierunku supermasywnej czarnej dziury, zamiast po prostu krążyć wokół niej, jak Ziemia krążąca wokół Słońca. To otwarte pytanie. I jedna z odkrytych przez nas gwiazd nadpobudliwości zaczyna nam dawać wskazówki na temat tego, jak ten mechanizm działa. Ponieważ na przykład jednym z pomysłów jest to, że z tymi gromadami gwiazd zaobserwowaliśmy. Być może dzięki tarciu dynamicznemu, gdy napotykają inne gwiazdy, mogą powoli opadać w kierunku centrum galaktyki, w którym znajduje się czarna dziura. I tak miało się stać, można sobie wyobrazić, że nagle wokół tej ogromnej czarnej dziury pojawiła się cała masa gwiazd. Możesz dostać wybuch tych gwiazd hiperszybkości. Istnieje wiele rodzajów gwiazd do wyrzucenia. A jednak gwiazdy, które obserwujemy, mają inne czasy podróży niż centrum galaktyki. Jest to tylko sugestywne, ale już zaczynamy być w stanie powiedzieć coś o historii gwiazd oddziałujących z supermasywną czarną dziurą. Jak dotąd wydaje się, że nie ma dowodów na to, że gromady gwiazd wpadają do centrum galaktyki.
Fraser: Może istnieć jakiś rodzaj przenośnika, w którym rodzą się gwiazdy, a następnie powoli opadają, a następnie zostają wyrzuceni, gdy zbliżają się zbyt blisko.
Brown: Tak, to jeden z pomysłów. Aby taśma przenośnika działała, potrzebujesz jakiegoś masywnego miejsca, takiego jak gromada gwiazd, aby ten przenośnik mógł działać. Aby móc zatopić coś w kierunku ogromnej czarnej dziury. Kiedy masywny obiekt napotyka wiele masywnych obiektów, okazuje się, że mniej masywne obiekty będą miały tendencję do wydzielania nieco więcej energii. Jako masywny obiekt, w tym przypadku gromada gwiazd, traci energię, jej orbita rozpada się i zbliża się do centrum galaktyki.
Fraser: Przy niewielkiej liczbie znalezionych gwiazd i dużej liczbie gwiazd w galaktyce wyśledzenie tych facetów musiało być dość trudne. Jakiej metody użyłeś?
Brown: Tak, to właściwie jeden z ekscytujących wyników tego czasu. Pierwsze odkrycie, rok temu, po pierwszej gwieździe nadpobudliwości, było czymś zupełnie nieoczekiwanym. I tym razem aktywnie ich szukaliśmy. A sztuczka polegała na tym, że te rzeczy powinny być bardzo rzadkie. Teoretycy szacują, że może być tysiąc takich gwiazd w całej galaktyce. Galaktyka zawiera ponad 100 miliardów gwiazd. Musieliśmy więc spojrzeć w taki sposób, aby dać nam całkiem spore szanse na znalezienie ich więcej. Nasza strategia była dwojaka. Jednym z nich jest to, że na obrzeżach Drogi Mlecznej znajdują się głównie stare karłowate gwiazdy. Gwiazdy takie jak Słońce lub mniej gwiazd, które są czerwone. Nie ma młodych, niebieskich, masywnych gwiazd, a tego rodzaju gwiazdy postanowiliśmy poszukać; gwiazdy młode i świecące, abyśmy mogli je zobaczyć daleko, ale tam, gdzie nie powinno być takich gwiazd na obrzeżach galaktyki. Inną częścią strategii było poszukiwanie słabych gwiazd. Im dalej, tym mniej gwiazd galaktyki w tle musisz walczyć. A bardziej prawdopodobne jest, że natkniesz się na te gwiazdy hiperszybkości, w przeciwieństwie do innej gwiazdy krążącej po galaktyce.
Fraser: A jakiej metody używasz, by powiedzieć, jak szybko gwiazda się porusza?
Brown: W tym celu musieliśmy wziąć spektrum gwiazdy. Za pomocą teleskopu 6,5 MMT w Arizonie wskazaliśmy gwiazdę na jedną z naszych kandydujących gwiazd, pobieramy światło z tej gwiazdy, umieszczamy ją w widmie tęczowym i robimy zdjęcie tego widma. A elementy w gwiezdnej atmosferze służą jako odcisk palca. Możesz zobaczyć linie absorpcyjne z powodu wodoru, helu i innych pierwiastków. I wykorzystywał ruchy, przesunięcia Dopplera - w tym przypadku przesunięcia czerwieni - tych długości fal powiedziały nam, jak szybko gwiazdy oddalają się od nas. I większość gwiazd w naszej próbce to normalne gwiazdy galaktyki; poruszały się dość powolne prędkości, a potem dwie z nich podróżowały dość szybko, i właśnie te dwie zapowiedzieliśmy właśnie teraz.
Fraser: A jak myślisz, co mówi nam to o powstawaniu gwiazd, centrum galaktyki lub…
Brown: Cóż, tym razem jest to interesująca część historii. Teraz, gdy mamy ich próbkę, są to naprawdę nowa klasa obiektów, te gwiazdy hiperszybkości, możemy zacząć mówić o tym, skąd pochodzą, czyli centrum galaktyki. Te gwiazdy są wyjątkowo przydatne do opowiadania nam o tym, co dzieje się w centrum galaktyki. Czasy ich podróży mówią nam coś o historii, o tym, co się dzieje, ale także o rodzajach gwiazd, które widzimy. W tym przypadku te młode, niebieskie gwiazdy - te 3-4 masy masy słonecznej - które astronomowie nazywają ich gwiazdami typu B. Fakt, że widzieliśmy dwa w naszym obszarze badań, który przeprowadziliśmy dla około 5% nieba, jest zgodny ze średnim rozkładem gwiazd, które zobaczyłbyś w galaktyce. Ale niezgodne z tym, co wiele gromad gwiazd widzisz w centrum galaktyki. Tak więc sam rodzaj gwiazd, które widzisz, zaczyna nam mówić o populacji tego, co zostało wystrzelone z galaktyki. W tym przypadku nie wygląda to na te supermasywne gromady gwiazd, ale raczej na twoją przeciętną gwiazdę, która wędruje przez galaktykę.
Fraser: A gdybyś miał do dyspozycji jakiś super teleskop Hubble'a, czego byś szukał?
Brown: Och, chcielibyśmy poszukać ruchu tych gwiazd na niebie. Więc wszystko, co wiemy, jeśli ich minimalna prędkość. Jedyne, co możemy zmierzyć, to ich prędkość w linii wzroku względem nas. To, czego nie wiemy, to prędkość na płaszczyźnie nieba, tzw. Właściwy ruch. Można to zrobić za pomocą Hubble'a, jeśli masz 3-5 lat, z którymi możesz się poruszać. Powinien to być bardzo mały ruch. Jeśli miałeś super Hubble'a, może zobaczysz go za rok. To byłoby bardzo interesujące wiedzieć. Nie tylko powiedziałoby to na pewno, że tak naprawdę pochodzą one z centrum galaktyki, a nie z innego miejsca, ale także z ich trajektorii. Jeśli dokładnie wiesz, jak się poruszają, każde odchylenie od linii prostej od centrum galaktyki mówi ci o tym, jak grawitacja galaktyki wpływa na ich trajektorię w czasie. I to jest również bardzo interesujące wiedzieć.
Fraser: Racja, więc pomogłoby to w wykreśleniu rozkładu ciemnej materii.
Brown: Dokładnie dokładnie. Astronomowie wnioskują więc o obecności ciemnej materii. Widzimy gwiazdy krążące po galaktyce szybciej niż powinny, ponieważ wydaje się, że istnieje masa, której nie możemy uwzględnić w utrzymywaniu ich na orbitach. A tej ciemnej materii trudno jest zorientować się, jak rozkłada się ona w galaktyce. Ale te gwiazdy już znajdują się na obrzeżach galaktyki, a kiedy przez nią przechodzą, to zaburzenie, grawitacyjne przyciąganie ciemnej materii, gdy te rzeczy podróżują przez galaktykę, powoli się sumują. Więc faktycznie mierzą rozkład tej ciemnej materii, tylko na swoich orbitach. Więc jeśli mógłbyś zmierzyć ich ruch próbki gwiazd, tak naprawdę zaczyna ona dawać ci kontrolę nad rozkładem ciemnej materii wokół galaktyki.
