Co jsou hvězdy superrychlosti?
Hvězda na útěku, uprchlá hvězda, je hvězda, která se pohybuje s anomálií
Správný pohyb takové hvězdy je častoje naznačena právě ve vztahu k hvězdnému spolku, jehož se kdysi musela stát členkou, než z něj byla vyhozena. Naše Slunce je pouze jednou ze 400 miliard hvězd v naší galaxii, Mléčné dráze.
Galaxie se pomalu otáčí a tvoří jednuobrat za 250 milionů let. Většina hvězd v Mléčné dráze drží krok s její pomalou rotací: Slunce má například rychlost 19,4 km/s vzhledem k ostatním hvězdám. V galaxii jsou ale také „hvězdy na útěku“: jejich rychlost vzhledem k ostatním hvězdám je až 200 km/s.
Asi 10–30% hvězd spektrální třídy O a 5–10%všechny hvězdy spektrálního typu B mají rychlosti podobného řádu. Všichni jsou relativně mladí obyvatelé galaxie - až 50 milionů let staré a během této doby projdou ve vesmíru relativně krátkými vzdálenostmi - od stovek parseků po několik kiloparseků, takže se někdy zdá možné určit shluk, ve kterém se nacházejí narodili se.
Hvězdy na útěku a šok z luku
Některé uprchlé hvězdy produkují lukrázová vlna stlačené hmoty, která je velmi podobná hlavní vlně kolem lodi plovoucí na vodě. Tato vlna má stejnou fyzikální povahu jako rázová vlna vytvořená stíhačkou ve vzduchu.
Když se uprchlá hvězda pohybuje vysokou rychlostípřes mezihvězdné prostředí (velmi tenká směs plynu a prachu) při nadzvukových rychlostech se mezihvězdná hmota stává viditelnou jako příďová rázová vlna.
Výraz „nadzvuková rychlost“ to znamenárychlost pohybujícího se objektu je vyšší než rychlost zvuku v prostředí. Zatímco ve spodní vrstvě zemské atmosféry je tato rychlost asi 330 m/s, v téměř prázdném mezihvězdném prostoru je její hodnota přibližně 10 km/s.
Tedy detekce rázové vlny lukukolem OB hvězdy znamená, že cestuje nadzvukovou rychlostí, a proto ji lze spolehlivě identifikovat jako uprchlou hvězdu, i když její rychlost nebyla měřena přímo.
Hubble Space Telescope snímky uprchlých hvězd v období od října 2005 do července 2006. Zdroj: NASA
Charakteristiky hvězd
Ve vzdálenosti 750 pc od Slunce je známo 56uprchlé hvězdy. Tyto hvězdy se téměř neliší od zbytku hvězd v diskové složce galaxie ve všech svých parametrech, kromě jejich vysoké prostorové rychlosti. Čtyři hvězdy z této skupiny mají hmotnost větší než 25 slunečních (u nich je hmotnost určena typem spektra s nepříliš vysokou přesností).
Nyní se předpokládá, že takové hvězdyvznikají buď během dynamického vývoje hvězdokup a asociací, ve kterých se zrodily (nejpravděpodobnějším důvodem je blízké trojité setkání), nebo v důsledku rozpadu binárního systému při výbuchu supernovy, kdy běžící hvězda obdrží počáteční impuls z exploze doprovodné hvězdy.
Zatímco obojí je teoreticky možnémechanismu se astronomové v praxi obvykle přiklánějí k hypotéze o výbuchu supernovy. R. Hoogerwerth a jeho kolegové z observatoře Leiden v Nizozemsku použili data z družice Hipparcos ke sledování pohybu 56 uprchlých hvězd v čase a našli důkazy na podporu obou teorií.
Autoři sledovali pohyb těchto hvězd v galaxiia u většiny z nich (včetně všech čtyř hmotných) jsme zjistili, kdy a z jaké asociace tyto hvězdy vyletěly, a také to, který ze dvou možných ejekčních mechanismů fungoval pro každou konkrétní hvězdu (většina hvězd byla vyhozena během rozpadu binárních souborů).
S největší pravděpodobností všechny čtyři hmotné uprchlé hvězdy získaly svou vysokou prostorovou rychlost v důsledku výbuchů supernov v binárních systémech.
Autoři uvádějí několik argumentů ve prospěch tohoto závěru:
- Tyto hvězdy jsou velmi hmotné.Aby byli vyhozeni z kupy (asociace), museli letět poblíž neméně hmotných hvězd. Jinak by podle zákona zachování hybnosti šlo o méně hmotné hvězdy, které by byly vyhozeny ze systému. A takových hmotných hvězd je velmi málo - to je přímý důsledek Salpeterova zákona. Blízký průlet několika hmotných hvězd se ukázal být extrémně vzácnou událostí ve srovnání s poměrně vzácnými blízkými trojitými setkáními hvězd s nízkou hmotností.
- Masivní hvězdy žijí jen pár milionůlet. Tato skutečnost ukládá popsané vzácné události další omezení - přístup musí mít čas na to, aby mohutné hvězdy explodovaly jako supernovy.
- Tyto hvězdy létají několikrát rychlostívyšší než rozptyl rychlostí asociací, ve kterých se narodili. Tato skutečnost sama o sobě nic neodporuje; po úspěšném přiblížení mohou hvězdy nabývat dostatečně vysokých rychlostí. K tomu však dochází pouze ve výjimečných případech, průměrná hodnota rychlosti získané v takových procesech je výrazně nižší. S velkou pravděpodobností tedy byla každá z těchto čtyř hvězd součástí poměrně blízké masivní binární soustavy a po svém rozpadu v důsledku exploze supernovy získala svoji vlastní prostorovou rychlost.
Stanovení procenta prvního a druhého mechanismu při vzniku hvězd na útěku klade velká omezení na teorie tvorby hvězdokup a evoluce hvězd.
Numerické simulace provedené v roce 2000 ukázaly, že počet unikajících hvězd by mohl pomoci určit například počet binárních párů zrozených v kupách.
Radiální rychlosti měřené pouze pro jednujedna třetina O-B hvězd katalogu Hipparcos. Podle dostupných údajů můžeme říci, že oba mechanismy jsou zhruba rovnocenné. S nárůstem počtu uprchlých hvězd, pro které bude určena rychlost a poloha ve vesmíru, bude možné najít jejich mateřské hvězdokupy, stejně jako jejich věk a počáteční rychlosti.
- Runaway Star α žirafa
Hvězda se nachází v souhvězdí Žirafy a je od ní vzdálenaZemě je vzdálena čtyři tisíce světelných let. Jeho hmotnost převyšuje hmotnost Slunce 25–30krát, je pětkrát teplejší než Slunce (jeho teplota je 30 tisíc stupňů) a 500 tisíckrát jasnější než Slunce.
Hvězda na útěku α Žirafa vytváří hlavurázová vlna, která se šíří rychlostí 60 km/s a po své dráze stlačuje mezihvězdné médium. Hlavová vlna je od samotné hvězdy vzdálena asi deset světelných let.
Hvězda také vydává silný hvězdný vítr.Astronomové dlouho věřili, že α Žirafa byla vyvržena z nedaleké kupy mladých horkých hvězd v důsledku gravitačních interakcí s ostatními členy kupy. Podle jiné hypotézy mohla hvězda nabýt rychlosti (když vyletěla z dvojhvězdy) v důsledku exploze hmotné doprovodné hvězdy jako supernovy.
- Runaway Star ζ Ophiuchus
Jak se ζ Ophiuchis pohybuje, vytváří před sebou obloukovou vlnu mezihvězdného materiálu, která je jasně viditelná na tomto barevném infračerveném snímku pořízeném kosmickou lodí WISE.
Na snímku v umělých barvách ζ Ophiuchusvypadá modravě. Nachází se poblíž středu obrazu a pohybuje se nahoru rychlostí 24 km / s. Hmotnost hvězdy je 20krát větší než hmotnost Slunce. Před hvězdou letí silný hvězdný vítr, který stlačí a zahřeje mezihvězdnou hmotu a vytvoří úder.
- Runaway Star AE Charioteer
AE Aurigae je jasná hvězda těsně pod středem a nalevo od něj na tomto barevném portrétu mlhoviny IC 405, známé také jako mlhovina Planoucí hvězda.
Horká proměnná obklopená vesmírným mrakemhvězda spektrálního typu O se svým energetickým zářením vytváří vodík, který se nachází podél plynových vláken, září. Modré světlo hvězdy se odráží od mezihvězdného prachu. Hvězda AE Charioteer se narodila ve zcela jiném mraku, který zdůrazňuje.
Infračervený obraz rázové vlny luku (žlutý oblouk) vytvořené únikovou hvězdou ph Ophiuchus v mezihvězdném oblaku prachu a plynu
Rychlostní rekord
Jedna z nejrychleji unikajících hvězd je US 708.souhvězdí Velké medvědice. Byl objeven v roce 1982 a znovu objeven v roce 2005. Dlouho se věřilo, že jej stejně jako ostatní objekty tohoto typu vymrštila supermasivní černá díra ze středu Galaxie.
S5-HSV1 vytvořil nový rekord v USA 708 v roce 2019v souhvězdí Jeřáb. Objekt byl objeven při průzkumu anglo-australského dalekohledu. Jeho rychlost je 1,7 tisíce kilometrů za sekundu. Nyní je to jediná vysoce ověřená supervelocity hvězda, která pochází ze středu Mléčné dráhy.
Jak mohou hvězdy superrychlosti pomoci?
Nyní se v halu objevují vysokorychlostní hvězdy- za viditelnou částí galaxie. Na rozdíl od typické okrajové populace červených, slábnoucích starých hvězd, jsou to mladí, žhaví, modří obři.
Takoví se rodí ve středu Mléčné dráhy, kam jdeaktivní tvorba hvězd. Silné gravitační pole supermasivní černé díry je však od páru odtrhne a zrychlí na rychlost úniku z Galaxie. Jsou velmi jasné, a proto je snadnější je detekovat.
Existence halo vědců přinesla anomáliirychlost otáčení vnějších oblastí Galaxie. Nelze to vysvětlit, kdyby tam byly jen hvězdy. Je zapotřebí hodně extra hmoty. Říká se tomu temná hmota, protože ji přímo nezjistíme.
Jaký je tvar svatozáře, sférický nebo zploštělý,neznámo, ale trajektorie hvězd supervelocity pomohou odpovědět na tuto otázku. Při analýze těchto údajů profesor Avi Loeb z Harvardu a jeho kolegové odhadli hmotnost Mléčné dráhy spolu s temnou hmotou na 1,2–1,9 bilionukrát větší než hmotnost Slunce.
Přečtěte si více
Nejbúrlivější místo na Zemi: proč je Drake Passage nejnebezpečnější cestou do Arktidy
Astrofyzici vymodelovali první biliontinu sekundy Velkého třesku
Mars Express pomohl zjistit, kde a jak voda z Rudé planety zmizela