Может показаться, что Солнце неподвижно, в то время как планеты на его орбите движутся, но на самом деле Солнце вращается вокруг галактики Млечный Путь с впечатляющей скоростью около 220 километров в секунду — почти полмиллиона миль в час. Каким бы быстрым это ни казалось, но когда была обнаружена слабая красная звезда, пересекающая небо с заметно высокой скоростью, ученые обратили на это внимание.
Благодаря усилиям гражданского научного проекта под названием Backyard Worlds: Planet 9 и команды астрономов со всей страны была обнаружена редкая гиперскоростная звезда-субкарлик L, мчащаяся по Млечному Пути. Еще более примечательно то, что эта звезда может двигаться по траектории, которая заставляет ее вообще покинуть Млечный Путь. Исследование, проведенное профессором астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего Адамом Бургассером, было представлено на пресс-конференции во время 244-го национального собрания Американского астрономического общества (ААС) в Мэдисоне, штат Висконсин.
Звезду с очаровательным названием CWISE J124909+362116.0 («J1249+36») впервые заметили некоторые из более чем 80 000 добровольцев-граждан-научных работников, участвующих в проекте Backyard Worlds: Planet 9, которые прочесывают огромные массивы данных, собранных за прошлое. 14 лет миссии НАСА Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Этот проект использует острую способность людей, которые эволюционно запрограммированы искать закономерности и выявлять аномалии способами, не имеющими себе равных с помощью компьютерных технологий. Добровольцы помечают движущиеся объекты в файлах данных, и когда достаточное количество добровольцев помечает один и тот же объект, астрономы начинают расследование.
J1249+36 сразу выделился из-за скорости, с которой он движется по небу, первоначально оцененной примерно в 600 километров в секунду (1,3 миллиона миль в час). При такой скорости звезда достаточно быстра, чтобы избежать гравитации Млечного Пути, что делает ее потенциальной «сверхскоростной» звездой.
Чтобы лучше понять природу этого объекта, Бургассер обратился в обсерваторию В.М. Кека в Мауна-Кеа, Гавайи, чтобы измерить его инфракрасный спектр. Эти данные показали, что объект представляет собой редкий L-субкарлик — класс звезд с очень низкой массой и температурой. Субкарлики представляют собой самые старые звезды Млечного Пути.
Понимание состава J1249+36 стало возможным благодаря новому набору моделей атмосферы, созданному выпускником Калифорнийского университета в Сан-Диего Романом Герасимовым, который работал с ученым UC LEADS Эфраином Альварадо III над созданием моделей, специально предназначенных для изучения L-субкарликов.
«Было интересно видеть, что наши модели смогли точно соответствовать наблюдаемому спектру», — сказал Альварадо, который представляет свою работу по моделированию на заседании AAS.
Спектральные данные, а также данные изображений нескольких наземных телескопов позволили команде точно измерить положение и скорость J1249+36 в космосе и тем самым предсказать его орбиту через Млечный Путь.
«Именно здесь источник стал очень интересным, поскольку его скорость и траектория показали, что он двигался достаточно быстро, чтобы потенциально покинуть Млечный Путь», — заявил Бургассер.
Что дало этой звезде толчок?
Исследователи сосредоточились на двух возможных сценариях, объясняющих необычную траекторию J1249+36. В первом сценарии J1249+36 изначально был маломассивным спутником белого карлика. Белые карлики — это остатки ядер звезд, которые исчерпали свое ядерное топливо и вымерли. Когда звездный компаньон находится на очень близкой орбите с белым карликом, он может передавать массу, что приводит к периодическим вспышкам, называемым новыми. Если белый карлик наберет слишком много массы, он может разрушиться и взорваться как сверхновая.
«В этом виде сверхновой белый карлик полностью уничтожается, поэтому его компаньон высвобождается и улетает с той орбитальной скоростью, на которой он первоначально двигался, плюс еще небольшой удар от взрыва сверхновой», — сказал Бургассер. «Наши расчеты показывают, что этот сценарий работает. Однако белого карлика больше нет, а остатки взрыва, который, вероятно, произошел несколько миллионов лет назад, уже рассеялись, поэтому у нас нет окончательных доказательств того, что это его источник.»
Во втором сценарии J1249+36 изначально был членом шарового скопления, тесно связанного скопления звезд, которое сразу можно узнать по отчетливой сферической форме. Предполагается, что в центрах этих скоплений будут находиться черные дыры широкого диапазона масс. Эти черные дыры также могут образовывать двойные системы, и такие системы оказываются отличными катапультами для любых звезд, которые проходят слишком близко к ним.
«Когда звезда сталкивается с двойной черной дырой, сложная динамика этого трехтельного взаимодействия может выбросить эту звезду прямо из шарового скопления», — объяснил Кайл Кремер, новый доцент кафедры астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего. Кремер провел серию симуляций и обнаружил, что в редких случаях такого рода взаимодействия могут вытолкнуть маломассивный субкарлик из шарового скопления на траекторию, аналогичную той, что наблюдалась для J1249+36.
«Это подтверждает концепцию, — сказал Кремер, — но на самом деле мы не знаем, из какого шарового скопления эта звезда». Если отследить J1249+36 в прошлом, он окажется в очень густонаселенной части неба, где могут скрываться неоткрытые скопления.
По словам Бургассера, чтобы определить, может ли какой-либо из этих сценариев или какой-либо другой механизм объяснить траекторию J1249+36, команда надеется более внимательно изучить его элементный состав. Например, когда белый карлик взрывается, он создает тяжелые элементы , которые могли «загрязнить» атмосферу J1249+36 во время побега. Звезды в шаровых скоплениях и галактиках-спутниках Млечного Пути также имеют отчетливую структуру численности, которая может раскрыть происхождение J1249+36.
«По сути, мы ищем химический отпечаток пальца, который бы точно определил, из какой системы эта звезда», — сказал Герасимов, чья работа по моделированию позволила ему измерить содержание элементов в холодных звездах в нескольких шаровых скоплениях. Эту работу он также представляет на Встреча ААС.
Независимо от того, было ли быстрое путешествие J1249+36 результатом сверхновой, случайной встречи с двойной черной дырой или каким-либо другим сценарием, его открытие дает астрономам новую возможность узнать больше об истории и динамике Млечного Пути.
