سرعة الفضاء 455 كم / ث: كيف ظهرت النجوم بسرعة فائقة

ما هي نجوم سوبر فيلوسيتي؟

نجم هارب ، نجم هارب - نجم يتحرك بشكل شاذ

سرعة عالية بالنسبة للوسط النجمي المحيط.

غالبًا ما تكون الحركة المناسبة لمثل هذا النجميشار إليه على وجه التحديد فيما يتعلق بالرابطة النجمية التي كان عليها أن تصبح عضوًا فيها قبل أن يتم طردها منها. شمسنا هي واحدة من 400 مليار نجم في مجرتنا - درب التبانة.

تدور المجرة ببطء ، مما يجعلها واحدةدوران لمدة 250 مليون سنة. تواكب معظم النجوم في مجرة ​​درب التبانة دورانها البطيء: سرعة الشمس ، على سبيل المثال ، بالنسبة إلى النجوم الأخرى ، هي 19.4 كم / ثانية. ولكن هناك أيضًا "نجوم هاربة" في المجرة: سرعتها بالنسبة إلى النجوم الأخرى تصل إلى 200 كم / ثانية.

حوالي 10-30٪ من نجوم الفئة الطيفية O و5-10٪جميع النجوم من النوع الطيفي B لها سرعات ذات ترتيب مماثل. جميعهم من سكان المجرة الصغار نسبيًا - يصل عمرهم إلى 50 مليون سنة ، وخلال هذا الوقت يسافرون مسافات قصيرة نسبيًا في الفضاء - من مئات الفرسخ إلى عدة كيلومترات فرسخ ، لذلك يبدو أحيانًا أنه من الممكن تحديد المجموعة التي هم فيها ولدوا.

النجوم الجامحة وصدمة القوس

تنتج بعض النجوم الجامحة رأسًاموجة صدمة من مادة مضغوطة ، تشبه إلى حد بعيد الموجة الرأسية حول قارب يطفو على الماء. هذه الموجة لها نفس الطبيعة الفيزيائية لموجة الصدمة الناتجة عن مقاتلة نفاثة في الهواء.

عندما يتحرك النجم الهارب بسرعة كبيرةمن خلال الوسط النجمي (خليط رقيق جدًا من الغاز والغبار) بسرعة تفوق سرعة الصوت ، تصبح المادة البينجمية ملحوظة على شكل صدمة القوس.

مصطلح "السرعة فوق الصوتية" يعني ذلكسرعة الجسم المتحرك أعلى من سرعة الصوت في البيئة. بينما في الطبقة السفلية من الغلاف الجوي للأرض ، تبلغ هذه السرعة حوالي 330 م / ث ، في الفضاء بين النجوم الفارغ تقريبًا تبلغ قيمتها حوالي 10 كم / ث.

وهكذا ، فإن الكشف عن موجة صدمة القوسحول نجم OB يعني أنه يسافر بسرعة تفوق سرعة الصوت ، وبالتالي يمكن تحديده بشكل موثوق به على أنه نجم هارب ، حتى لو لم يتم قياس سرعته بشكل مباشر.

صور تلسكوب هابل الفضائي للنجوم الجامحة بين أكتوبر 2005 ويوليو 2006. المصدر: ناسا

خصائص النجوم

على مسافة 750 جهاز كمبيوتر من الشمس ، 56الهروب من النجوم. يكاد لا يمكن تمييز هذه النجوم عن بقية النجوم في مكون قرص المجرة في جميع معاملاتها ، باستثناء سرعتها المكانية العالية. أربعة نجوم من هذه المجموعة لها كتل تزيد عن 25 كتلة شمسية (بالنسبة لهم ، يتم تحديد الكتلة من الطيف بدقة ليست عالية جدًا).

الآن يفترض أن مثل هذه النجومتتشكل إما أثناء التطور الديناميكي للعناقيد والجمعيات التي ولدت فيها (السبب الأكثر ترجيحًا هو نهج ثلاثي قريب) ، أو نتيجة لانهيار نظام ثنائي أثناء انفجار مستعر أعظم ، عندما يتلقى نجم متنقل الدافع الأولي أثناء انفجار نجم مصاحب.

بينما كلاهما ممكن من الناحية النظريةآلية ، يميل علماء الفلك في الممارسة عادةً نحو فرضية انفجار سوبر نوفا. استخدم R. Hugervert وزملاؤه في مرصد Leiden في هولندا بيانات من القمر الصناعي Hipparcos لتتبع حركة 56 نجمًا هاربًا بمرور الوقت ووجدوا أدلة تدعم كلا النظريتين.

تتبع المؤلفون حركة هذه النجوم في المجرةوبالنسبة لمعظمهم (بما في ذلك الأربعة الضخمة) ، وجدنا متى ومن أي ارتباط انطلقت هذه النجوم ، وكذلك أي من آليتي الطرد المحتملتين تعملان لكل نجم معين (تم طرد معظم النجوم أثناء الاضمحلال من الثنائيات).

على الأرجح ، اكتسبت جميع النجوم الأربعة الضخمة الهاربة سرعتها المكانية العالية نتيجة لانفجارات المستعر الأعظم في الأنظمة الثنائية.

يقدم المؤلفون عدة حجج لصالح هذا الاستنتاج:

  • هذه النجوم ضخمة جدًا.من أجل طردهم من الكتلة (الرابطة) ، كان عليهم الطيران بالقرب من النجوم ذات الكتلة الأقل بكثير. خلاف ذلك ، وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم ، ستكون النجوم الأقل كتلة هي التي تم إلقاؤها خارج النظام. وهناك عدد قليل جدًا من هذه النجوم الضخمة - وهذه نتيجة مباشرة لقانون سالبيتر. تبين أن التحليق القريب للعديد من النجوم الضخمة حدث نادر للغاية ، مقارنة بالمواجهات الثلاثية النادرة إلى حد ما للنجوم منخفضة الكتلة.
  • النجوم الضخمة تعيش فقط بضعة ملايينسنوات. تفرض هذه الحقيقة قيودًا إضافية على الحدث النادر الموصوف - يجب أن يكون للنهج وقت لحدوث قبل أن تنفجر النجوم الضخمة على شكل مستعرات أعظم.
  • هذه النجوم تطير بسرعات عدة مراتأعلى من تشتت سرعات الجمعيات التي ولدوا فيها. هذه الحقيقة بحد ذاتها لا تتعارض مع أي شيء ؛ فبعد اقتراب قريب ناجح ، يمكن للنجوم أن تكتسب سرعات عالية بما فيه الكفاية. ومع ذلك ، يحدث هذا فقط في حالات نادرة ، حيث يكون متوسط ​​قيمة السرعة المكتسبة في مثل هذه العمليات أقل بكثير. وهكذا ، مع وجود احتمال كبير جدًا ، كان كل من هذه النجوم الأربعة جزءًا من نظام ثنائي قريب جدًا إلى حد ما واكتسب سرعته المكانية الخاصة بعد تفككه بسبب انفجار مستعر أعظم.

إن تحديد النسبة المئوية للآليتين الأولى والثانية في تكوين النجوم الجامحة يفرض قيودًا شديدة على نظريات تكوين الكتلة والتطور النجمي.

أظهرت عمليات المحاكاة العددية التي أجريت في عام 2000 أن عدد النجوم الجامحة يمكن أن يساعد في تحديد ، على سبيل المثال ، عدد الأزواج الثنائية التي يتم إنتاجها في مجموعات.

تم قياس السرعات الشعاعية لواحد فقطثلث نجوم O-B في كتالوج Hipparcos. وفقًا للبيانات المتاحة ، يمكننا القول أن كلا الآليتين متكافئتان تقريبًا. مع زيادة عدد النجوم الجامحة التي سيتم تحديد سرعتها وموقعها في الفضاء ، سيكون من الممكن العثور على مجموعاتها الأم ، بالإضافة إلى عمرها وسرعاتها الأولية.

  • هارب ستار α الزرافة

النجم في كوكبة الزرافة وهو بعيد عنتبعد الأرض أربعة آلاف سنة ضوئية. تتجاوز كتلتها كتلة الشمس بمقدار 25-30 مرة ، فهي أسخن بخمس مرات من الشمس (درجة حرارتها 30 ألف درجة) و 500 ألف مرة أكثر سطوعًا من الشمس.

هارب ستار α الزرافة تخلق رأسًاموجة صدمية تنتقل بسرعة 60 كم / ثانية وتضغط على الوسط النجمي في طريقه. تبعد الموجة الأمامية حوالي عشر سنوات ضوئية عن النجم نفسه.

ينبعث النجم أيضًا من رياح نجمية قوية.يعتقد علماء الفلك منذ فترة طويلة أن الزرافة α قد تم إخراجها من المجموعة القريبة من النجوم الشابة الساخنة بسبب تفاعلات الجاذبية مع أعضاء أخرى من العنقود. وفقًا لفرضية أخرى ، يمكن للنجم أن يكتسب السرعة (الطيران خارج النظام الثنائي) نتيجة انفجار نجم مصاحب هائل كمستعر أعظم.

  • هارب ستار ζ Ophiuchus

أثناء تحرك ζ ، يشكل Ophiuchus أمامه موجة على شكل قوس من المادة بين النجوم ، والتي يمكن رؤيتها بوضوح في هذه الصورة الملونة بالأشعة تحت الحمراء التي التقطتها مركبة WISE الفضائية.

في الصورة بألوان صناعية ζ Ophiuchusيبدو مزرق. تقع بالقرب من مركز الصورة وتتحرك لأعلى بسرعة 24 كم / ث. كتلة النجم 20 ضعف كتلة الشمس. تهب رياح نجمية قوية أمام النجم ، تضغط وتسخن المادة البينجمية وتشكل صدمة القوس.

  • هارب نجم AE العربة

AE Aurigae هو نجم ساطع أسفل وإلى يسار وسط هذه الصورة الملونة لـ IC 405 ، والمعروف أيضًا باسم Flaming Star Nebula.

متغير ساخن محاط بسحابة فضائيةنجم من النوع الطيفي O ، بإشعاعه النشط ، يجعل الهيدروجين ، الموجود على طول خيوط الغاز ، يتوهج. ينعكس الضوء الأزرق للنجم عن الغبار البينجمي. وُلد النجم AE Charioteer في سحابة مختلفة تمامًا يبرزها.

صورة الأشعة تحت الحمراء لموجة صدمة القوس (القوس الأصفر) التي أنشأها نجم الهروب ζ Ophiuchus في سحابة بين النجوم من الغبار والغاز

سجل السرعة

أحد أسرع النجوم هروبًا - الولايات المتحدة 708 بوصةكوكبة Ursa Major. تم اكتشافه في عام 1982 وأعيد اكتشافه في عام 2005. لفترة طويلة كان يُعتقد أنه ، مثل الأشياء الأخرى من هذا النوع ، تم إلقاؤه بواسطة ثقب أسود هائل من مركز المجرة.

سجل S5-HSV1 رقمًا قياسيًا جديدًا في الولايات المتحدة 708 في عام 2019في كوكبة كرين. تم اكتشاف الجسم في مسح التلسكوب الأنجلو-أسترالي. سرعتها 1.7 ألف كيلومتر في الثانية. إنه الآن النجم الوحيد الذي ثبتت فعاليته في السرعة الفائقة والذي يأتي من مركز مجرة ​​درب التبانة.

كيف يمكن لـ Super Velocity Stars المساعدة؟

الآن يتم اكتشاف النجوم فائقة السرعة في الهالة- خارج الجزء المرئي من المجرة. على عكس "السكان" النموذجيين في ضواحي النجوم القديمة الباهتة الحمراء ، فهؤلاء عمالقة شابة زرقاء ساخنة.

يولد هؤلاء في وسط مجرة ​​درب التبانة ، حيث تذهبتشكيل نجم نشط. ومع ذلك ، فإن مجال الجاذبية القوي للثقب الأسود الهائل يسحبهم بعيدًا عن الزوجين ويسرعهم إلى سرعة الهروب من المجرة. إنها مشرقة جدًا وبالتالي يسهل اكتشافها.

تسبب وجود هالة من العلماء في حدوث حالة شاذةسرعة دوران المناطق الخارجية للمجرة. لا يمكن تفسير ما إذا كانت هناك نجوم فقط. هناك حاجة إلى الكثير من الكتلة الزائدة. إنها تسمى المادة المظلمة لأننا لا نكتشفها بشكل مباشر.

ما هو شكل الهالة كروية او مفلطحة؟غير معروف ، لكن مسارات النجوم فائقة السرعة ستساعد في الإجابة على هذا السؤال. بتحليل هذه البيانات ، قدر البروفيسور آفي لوب من جامعة هارفارد وزملاؤه كتلة درب التبانة ، إلى جانب المادة المظلمة ، بنحو 1.2-1.9 تريليون ضعف كتلة الشمس.

قراءة المزيد

أكثر الأماكن عاصفة على وجه الأرض: لماذا يعتبر Drake Passage أخطر طريق إلى القطب الشمالي

صاغ علماء الفيزياء الفلكية أول تريليون من الثانية من الانفجار العظيم

ساعدت شركة Mars Express في معرفة مكان وكيفية اختفاء المياه من الكوكب الأحمر