Jauna karšta mėlyna žvaigždė - kalbėjo didžiulė juodoji skylė, atėjo laikas išeiti iš galaktikos. Viena žvaigždė patenka į elipsinę orbitą aplink supermasyvią juodąją skylę, o kita yra išmesta tiesiai iš galaktikos. Dr Warrenas Brownas iš Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centro buvo vienas iš astronomų, neseniai sukūrusių dvi ištremtas žvaigždes.
Klausykite interviu: „Galaktikos tremtiniai“ (6,2 MB)
Arba užsiprenumeruokite „Podcast“: universetoday.com/audio.xml
„Fraser Cain“: Ar galėtumėte papasakoti apie žvaigždes, kurias pastebėjote ir kaip jos buvo išvarytos iš mūsų galaktikos?
Dr Warrenas Brownas: Mes sužinojome, kad yra dvi žvaigždės tolimuose Paukščių Tako regionuose, kurios važiuoja tokiu greičiu, kokio dar niekas dar nėra matęs mūsų galaktikoje, bent žvaigždės, esančios už galaktikos centro ribų. Išskyrus tai, kad šios žvaigždės yra šimtų tūkstančių šviesmečių atstumu nuo galaktikos centro. Ir vis dėlto vienintelis įtikimas jų greičio paaiškinimas yra tas, kad juos išstūmė galaktikos centre esanti supermasyvi juodoji skylė.
Fraseris: Taigi jie nuklydo per arti didžiulės juodosios skylės ir buvo tarsi išvaryti?
Rudas: Taip, čia yra paveikslėlis. Šis scenarijus reikalauja trijų kūnų, o astronomai sako, kad greičiausiai tai atsitiko, jei turite žvaigždžių porą. Kaip jau žinote, kažkas panašaus į žvaigždes danguje yra tokios sistemos, kuriose yra pora, o kartais ir daugiau žvaigždžių. Taigi, jei turite sandariai susietą žvaigždžių porą, kuri dėl tam tikrų priežasčių eina per arti supermasyviosios juodosios skylės, tam tikru momentu juodosios skylės gravitacija viršys rišamąją energiją tarp žvaigždžių poros ir nubraukia vieną iš tų žvaigždžių . Ji užfiksuos vieną žvaigždę, bet kita žvaigždė paliks sistemą su poros orbitos energija. Štai kaip jūs gaunate šį papildomą greičio padidėjimą. Tai yra tai, kad supermasyvi juodoji skylė iš esmės sugeba atsieti vieną žvaigždę, ją užfiksuoti ir kitai palikti visą energijos kiekį, kurį turėjo pora. Tada ta žvaigždė bus išmesta tiesiai iš galaktikos.
„Fraser“: Jei įprasta viena žvaigždė būtų per arti, ji neturėtų energijos, kurią reikia išmesti. Manau, aš mačiau keletą modeliavimų, kai žvaigždė per daug priartėja prie juodosios skylės ir tarsi keičia savo orbitos kryptį, tačiau ji vis tiek toliau orbita aplink.
Brownas: Žinoma, jūs galite įsivaizduoti, kad tai yra tarsi erdvėlaivis, kurio nuotrauka aplink Jupiterį ar kažkas panašaus. Galite įsivaizduoti, kad galbūt pakeisite trajektoriją ir įgysite tam tikrą greitį. Tačiau galaktikoje nėra jokio mechanizmo, galinčio įgyti tokį greitį tam, kas yra 3-4 saulės masės žvaigždės masė. Norint sukurti mūsų matomą greitį, reikalinga trijų kūno sąveika. O tai, ką mes stebime, yra jų judesys mūsų atžvilgiu. Jie tolsta nuo mūsų maždaug 1–1,5 milijono mylių per valandą greičiu.
Fraseris: Ar greitai žvaigždės būtų ėjusios, kai jos atėjo sutikti savo išsiskyrimo?
Brownas: Nežinau tikrai. Tikriausiai tai yra 10 kartų daugiau, prieš pat tą akimirką, kai jie sukasi pro juodąją skylę. Žinoma, palikus tą juodosios skylės gravitacinį potencialą, jie staiga sulėtėja. Jų galutinį pabėgimo greitį mes stebime dabar; tai yra milijonas mylių per valandą. Tai yra daugiau nei dvigubai greitis, kurio jums reikia, norint visiškai ištrūkti iš mūsų galaktikos. Šios žvaigždės tikrai yra tremtiniai. Jie yra atstumti nuo galaktikos ir niekada negrįš.
Fraseris: Ir viena žvaigždė yra išmetama. Kas atsitiks su kita žvaigžde?
Brownas: Tai įdomus klausimas. Iš tikrųjų yra teorijos straipsnis, kurį parašė kai kurie teoretikai ir kuris teigė, kad šios žvaigždės, esančios labai ilgomis elipsės formos orbitomis aplink centrinę masyviąją juodąją skylę, gali būti buvusios šių vadinamųjų hiperviliojančių žvaigždžių, kurias mes atradome, palydovai. Ir tai yra tokia orbita, kurios tikėjotės. Jei žvaigždė nėra tokia nelaiminga, kad patenka tiesiai į juodąją skylę, jei šiek tiek praleidžia, ji tiesiog suksis ir tada bus labai ilgą elipsinę orbitą aplink centrinę didžiulę juodąją skylę.
Fraseris: O iš kur ta pora atsirado? Ar toks likimas gali paveikti kai kurias šalia esančias dvejetaines žvaigždes?
Brownas: Na, iš tikrųjų tai pasiekia didesnį vaizdą. Galaktikos centras yra įdomi vieta. Jame yra daug jaunų žvaigždžių. Trys iš jauniausių galaktikoje aptiktų masyvių žvaigždžių spiečių yra iš dešinės, netoli galaktikos centro. Juose yra keletas masyviausių žvaigždžių galaktikoje. Taigi aplinkui aplink orbitą skrieja daugybė jaunų žvaigždžių. Kyla klausimas, kaip priversti žvaigždę pritvirtinti savo orbitą taip, kad ji šautų tiesiai link supermasyviosios juodosios skylės, užuot tiesiog aplink ją riedėjusi, kaip žemė, skriejanti aplink Saulę. Ir tai yra atviras klausimas. Ir vienas dalykas, kurį pastebėjome šios nepaprastos žvaigždės, pradeda duoti užuominų apie tai, kaip šis mechanizmas veikia. Nes, pavyzdžiui, viena idėja yra ta, kad mes stebėjome šias žvaigždžių grupes. Galbūt dėl dinaminės trinties, susidūrę su kitomis žvaigždėmis, jie gali lėtai nusileisti link galaktikos centro, kur yra juodoji skylė. Ir tai, kas nutiko, galite įsivaizduoti, kad staiga prie tos didžiulės juodosios skylės buvo visa krūva žvaigždžių. Jūs galite sulaužyti šias nepaprastai ryškias žvaigždes. Yra daugybė žvaigždžių, kurias reikia išmesti. Ir vis dėlto žvaigždžių, kurias mes visi stebime, kelionės laikas skiriasi nuo galaktikos centro. Tai tik pasiūlymas, bet jau pradedame kalbėti apie žvaigždžių, sąveikaujančių su didžiule juodąja skyle, istoriją. O kas atrodo iki šiol, nėra jokių įrodymų, kad žvaigždžių sankaupos patenka į galaktikos centrą.
„Fraser“: Gali būti, kad konvejerio juostoje gims žvaigždės, kurios lėtai grimzta žemyn, o tada, kai bus per arti, bus pašalintos.
Brownas: Taip, tai yra viena idėja. Kad tas konvejerio diržas veiktų, jums reikia kažkokios masyvios vietos, pavyzdžiui, žvaigždžių spiečiaus, kad tas konvejeris galėtų veikti. Kad galėtum ką nors nuskandinti link didžiulės juodosios skylės. Kadangi masyvus objektas susiduria su daugybe masyvių objektų, paaiškėja, kad mažiau masyvūs objektai bus linkę atiduoti šiek tiek daugiau energijos. Kadangi masyvus objektas, šiuo atveju žvaigždžių spiečius, praranda energiją, jo orbita suyra ir jis priartėja prie galaktikos centro.
„Fraser“: Turint nedaug žvaigždžių, kurias tu radai, ir daugybę žvaigždžių galaktikoje, sekti šiuos vaikinus turėjo būti gana sunkus darbas. Koks buvo jūsų naudojamas metodas?
Brownas: Taip, tai iš tikrųjų yra vienas įdomiausių šių laikų rezultatų. Pirmasis atradimas prieš metus, po pirmosios hiperverslumo žvaigždės, tai buvo kažkas sedingo. Ir šį kartą jų aktyviai ieškojome. Ir apgaulė buvo ta, kad šie dalykai turėtų būti labai reti. Teoretikai mano, kad visoje galaktikoje yra tūkstantis šių žvaigždžių. O galaktikoje yra daugiau nei 100 milijardų žvaigždžių. Taigi mes turėjome ieškoti taip, kad suteikėme nemažą galimybę rasti daugiau jų. Mūsų strategija buvo dvejopa. Viena yra tai, kad Paukščių Tako pakraštyje daugiausia yra senų, nykštukinių žvaigždžių. Žvaigždės, tokios kaip Saulė, arba mažiau žvaigždžių, kurios yra raudonos. Nėra jaunų, mėlynų, masyvių žvaigždžių, ir būtent tokios žvaigždės mes nusprendėme ieškoti; žvaigždės, kurios yra jaunos ir šviečiančios, kad galėtume jas pamatyti toli, bet kur neturėtų būti tokių žvaigždžių kaip galaktikos pakraštyje. O kita strategijos dalis buvo ieškoti silpnų žvaigždžių. Kuo toliau, tuo mažiau galaktikos žvaigždžių turėsite susidurti. Ir tuo labiau tikėtina, kad susidursite su šiomis nepaprastai didelėmis žvaigždėmis, o ne su kitomis žvaigždėmis, kurios tik skrieja aplink galaktiką.
„Fraser“: o kokį metodą jūs naudojate norėdami pasakyti, kaip greitai žvaigždė juda?
Brownas: Tam mes turėjome paimti žvaigždės spektrą. Naudodamiesi 6,5 MMT teleskopu Arizonoje, mes nukreipėme žvaigždę į vieną iš mūsų kandidatų žvaigždžių ir mes paėmėme iš tos žvaigždės šviesą ir mes ją įdėjome į vaivorykštės spektrą ir nufotografuojame tą spektrą. Žvaigždžių atmosferoje esantys elementai tarnauja kaip pirštų atspaudas. Galite pamatyti absorbcijos linijas dėl vandenilio, helio ir kitų elementų. Ir naudojant judesius, tų bangų ilgio Doplerio poslinkiai - šiuo atveju raudoni poslinkiai - mums pasakė, kaip greitai žvaigždės tolsta nuo mūsų. Ir dauguma žvaigždžių mūsų pavyzdyje buvo normalios galaktikos žvaigždės; jie judėjo gana lėtai, tada du iš jų važiavo gana greitai, ir apie tai mes ką tik paskelbėme.
Fraseris: O kaip jūs manote, kas tai mums pasako apie žvaigždžių susiformavimą ar galaktikos centrą, ar…
Brownas: Na, šiuo metu tai iš tikrųjų yra įdomi istorijos dalis. Dabar, kai mes iš tikrųjų turime jų pavyzdį, tai tikrai yra nauja objektų klasė, šios hiperviltingumo žvaigždės, mes galime pradėti kažką sakyti apie tai, iš kur jie kilę, tai yra galaktikos centras. Šios žvaigždės vienareikšmiškai tinka mums papasakoti istoriją apie tai, kas vyksta galaktikos centre. Jų kelionių laikai mums pasako ne tik apie istoriją, tai, kas vyksta, bet ir apie žvaigždes, kurias matome. Šiuo atveju šios jaunos, mėlynos žvaigždės - šios 3-4 saulės masės žvaigždės - kurias astronomai vadina B tipo žvaigždėmis. Tai, kad apklausos regione matėme du, kuriuos atlikome maždaug 5% dangaus, atitinka vidutinį žvaigždžių pasiskirstymą, kurį matėte galaktikoje. Bet nesuderinama su tuo, ką daugybė šių žvaigždžių grupių matote galaktikos centre. Taigi tik tai, kokio tipo žvaigždes matote, mums pradeda pasakoti apie tai, kas iššauta iš galaktikos. Šiuo atveju neatrodo, kad tai yra šie supermasyvūs žvaigždžių spiečiai, o greičiau jūsų vidutinė žvaigždė, klajojanti per galaktiką.
Fraseris: O jei jūs turėtumėte kokį nors super Hablo teleskopą, ko norėtumėte jo ieškoti?
Brownas: O, mes norėtume ieškoti šių žvaigždžių judesio danguje. Taigi visi žinome, ar jų greitis mažiausias. Vienintelis dalykas, kurį galime išmatuoti, yra jų greitis regėjimo linijoje mūsų atžvilgiu. Tai, ko nežinome, yra greitis dangaus plokštumoje, vadinamasis tinkamas judesys. Tai galite padaryti naudodami „Hubble“, jei turite 3–5 metų pradines linijas, su kuriomis galite pamatyti šias žvaigždes. Tai turėtų būti labai mažas judesys. Jei turėtumėte super Hablą, galbūt galėtumėte tai pamatyti per metus. Taigi tai būtų labai įdomu žinoti. Tai ne tik pasakys, kad jie tikrai yra iš galaktikos centro, o ne iš kažkur kito, bet ir jų trajektorijos. Jei tiksliai žinojote, kaip jie juda, bet koks nukrypimas nuo tiesios linijos nuo galaktikos centro jums pasakys apie tai, kaip galaktikos sunkis laikui bėgant turėjo įtakos jų trajektorijai. Tai taip pat labai įdomu žinoti.
„Fraser“: Teisingai, kad tai padėtų nustatyti tamsiosios medžiagos pasiskirstymą.
Brownas: Tiksliai, tiksliai. Taigi astronomai daro išvadą apie tamsiosios medžiagos buvimą. Mes matome žvaigždes, skriejančias aplink galaktiką greičiau, nei jos turėtų būti, tik todėl, kad yra masė, todėl mes negalime atsiskaityti už jų orbitoje laikymą. Ir šitą tamsiąją medžiagą sunku suprasti, kaip ji pasiskirstė po galaktiką. Bet šios žvaigždės jau yra galaktikos pakraštyje, ir joms einant pro šalį, šis pasipiktinimas, tas tamsiųjų medžiagų gravitacinis traukimas, kai šie daiktai keliauja per galaktiką, pamažu kaupiasi. Taigi jie iš tikrųjų matuoja šios tamsiosios medžiagos pasiskirstymą, tik ant savo orbitos. Taigi, jei galėtumėte išmatuoti jų, žvaigždžių pavyzdžio, judesį, jis iš tikrųjų pradės jus valdyti, kaip tamsioji medžiaga pasiskirsto galaktikoje.
