Was sind Super Velocity Stars?
Ein außer Kontrolle geratener Stern ist einer, der sich mit einer Anomalie bewegt
Die Eigenbewegung eines solchen Sterns ist oftwird gerade in Bezug auf die Sternvereinigung angezeigt, der sie einst beitreten musste, bevor sie aus ihr ausgeschlossen wurde. Unsere Sonne ist nur einer von 400 Milliarden Sternen in unserer Galaxie, der Milchstraße.
Die Galaxie dreht sich langsam und erzeugt eineUmsatz über 250 Millionen Jahre. Die meisten Sterne in der Milchstraße halten mit ihrer langsamen Rotation Schritt: Die Sonne beispielsweise hat im Verhältnis zu anderen Sternen eine Geschwindigkeit von 19,4 km/s. Aber es gibt auch „außer Kontrolle geratene Sterne“ in der Galaxie: Ihre Geschwindigkeit im Vergleich zu anderen Sternen beträgt bis zu 200 km/s.
Etwa 10-30% der Sterne der Spektralklasse O und 5-10%Alle Sterne des Spektraltyps B haben Geschwindigkeiten ähnlicher Ordnung. Alle von ihnen sind relativ junge Bewohner der Galaxie - bis zu 50 Millionen Jahre alt, und während dieser Zeit legen sie relativ kurze Strecken im Weltraum zurück - von Hunderten von Parsec bis zu mehreren Kiloparsec, so dass es manchmal möglich erscheint, den Cluster zu bestimmen, in dem sie sich befinden wurden geboren.
Ausreißer und Bogenschock
Einige außer Kontrolle geratene Sterne verbeugen sicheine Stoßwelle aus komprimierter Materie, die der Kopfwelle um ein auf dem Wasser schwimmendes Boot sehr ähnlich ist. Diese Welle hat die gleiche physikalische Natur wie die Stoßwelle, die ein Kampfflugzeug in der Luft erzeugt.
Wenn sich ein außer Kontrolle geratener Stern mit hoher Geschwindigkeit bewegtDurch das interstellare Medium (ein sehr dünnes Gemisch aus Gas und Staub) mit Überschallgeschwindigkeit wird die interstellare Materie als Bugstoßwelle sichtbar.
Der Begriff „Überschallgeschwindigkeit“ bedeutet dasDie Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts ist höher als die Schallgeschwindigkeit in der Umgebung. Während diese Geschwindigkeit in der unteren Schicht der Erdatmosphäre etwa 330 m/s beträgt, liegt sie im nahezu leeren interstellaren Raum bei etwa 10 km/s.
Somit ist die Erfassung der BugstoßwelleUm einen OB-Stern herum bedeutet dies, dass er sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegt und somit zuverlässig als außer Kontrolle geratener Stern identifiziert werden kann, selbst wenn seine Geschwindigkeit nicht direkt gemessen wurde.
Hubble-Weltraumteleskopbilder von außer Kontrolle geratenen Sternen zwischen Oktober 2005 und Juli 2006. Quelle: NASA
Eigenschaften der Sterne
In einer Entfernung von 750 pc von der Sonne sind 56 bekanntaußer Kontrolle geratene Sterne. Diese Sterne unterscheiden sich in allen Parametern fast nicht von den übrigen Sternen in der Scheibenkomponente der Galaxie, mit Ausnahme ihrer hohen räumlichen Geschwindigkeit. Vier Sterne aus dieser Gruppe haben eine Masse von mehr als 25 Sonnenmassen (bei ihnen wird die Masse durch die Art des Spektrums mit nicht sehr hoher Genauigkeit bestimmt).
Man geht heute davon aus, dass es sich um solche Sterne handeltentstehen entweder während der dynamischen Entwicklung der Cluster und Assoziationen, in denen sie entstanden sind (der wahrscheinlichste Grund ist eine enge Dreifachbegegnung), oder als Ergebnis des Zerfalls eines Doppelsternsystems während einer Supernova-Explosion, wenn ein laufender Stern empfangen wird der erste Impuls durch die Explosion eines Begleitsterns.
Obwohl beides theoretisch möglich istMechanismus neigen Astronomen in der Praxis meist zur Hypothese einer Supernova-Explosion. R. Hoogerwerth und seine Kollegen am Observatorium Leiden in den Niederlanden nutzten Daten des Hipparcos-Satelliten, um die Bewegungen von 56 außer Kontrolle geratenen Sternen im Laufe der Zeit zu verfolgen, und fanden Beweise, die beide Theorien stützen.
Die Autoren verfolgten die Bewegung dieser Sterne in der Galaxieund für die meisten von ihnen (einschließlich aller vier massiven) fanden wir heraus, wann und aus welcher Assoziation diese Sterne herausflogen und welcher der beiden möglichen Auswurfmechanismen für jeden einzelnen Stern funktionierte (die meisten Sterne wurden während des Zerfalls ausgeworfen von Binärdateien).
Höchstwahrscheinlich haben alle vier massereichen außer Kontrolle geratenen Sterne ihre hohe räumliche Geschwindigkeit durch Supernova-Explosionen in Doppelsternsystemen erlangt.
Die Autoren sprechen sich für diese Schlussfolgerung aus:
- Diese Sterne sind sehr massiv.Um aus dem Cluster (Assoziation) geworfen zu werden, mussten sie in der Nähe von nicht viel weniger massiven Sternen fliegen. Andernfalls wären nach dem Gesetz der Impulserhaltung weniger massive Sterne aus dem System geworfen worden. Und es gibt nur sehr wenige derart massive Sterne - dies ist eine direkte Folge von Salpeters Gesetz. Das enge Vorbeiflug mehrerer massereicher Sterne stellt sich als äußerst seltenes Ereignis heraus, verglichen mit den eher seltenen engen dreifachen Begegnungen von Sternen mit geringer Masse.
- Massive Sterne leben nur wenige MillionenJahre. Diese Tatsache stellt eine zusätzliche Einschränkung für das beschriebene seltene Ereignis dar - der Ansatz muss Zeit haben, bevor massive Sterne als Supernovae explodieren.
- Diese Sterne fliegen mehrmals mit Geschwindigkeithöher als die Streuung der Geschwindigkeiten der Assoziationen, in denen sie geboren wurden. Diese Tatsache widerspricht an sich nichts: Nach einer erfolgreichen Annäherung können die Sterne ausreichend hohe Geschwindigkeiten erreichen. Dies geschieht jedoch nur in seltenen Fällen, wobei der Durchschnittswert der in solchen Prozessen erfassten Geschwindigkeit erheblich niedriger ist. Mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit war jeder dieser vier Sterne Teil eines ziemlich engen massiven Binärsystems und erhielt nach seiner Auflösung aufgrund einer Supernova-Explosion seine eigene Raumgeschwindigkeit.
Die Bestimmung des prozentualen Anteils des ersten und zweiten Mechanismus an der Bildung außer Kontrolle geratener Sterne erlegt den Theorien zur Clusterbildung und Sternentwicklung starke Einschränkungen auf.
Im Jahr 2000 durchgeführte numerische Simulationen zeigten, dass die Anzahl der entweichenden Sterne beispielsweise dabei helfen könnte, die Anzahl der in Sternhaufen geborenen Doppelsternpaare zu bestimmen.
Radialgeschwindigkeiten nur für eine gemessenein Drittel der O-B-Sterne des Hipparcos-Katalogs. Nach den verfügbaren Daten können wir sagen, dass beide Mechanismen in etwa gleichwertig sind. Mit zunehmender Anzahl von außer Kontrolle geratenen Sternen, für die die Geschwindigkeit und Position im Weltraum bestimmt werden, können ihre Elterncluster sowie ihr Alter und ihre Anfangsgeschwindigkeiten ermittelt werden.
- Runaway Star α Giraffe
Der Stern befindet sich im Sternbild Giraffe und ist weit entferntDie Erde ist viertausend Lichtjahre entfernt. Seine Masse übersteigt die Masse der Sonne um das 25- bis 30-fache, er ist fünfmal heißer als die Sonne (seine Temperatur beträgt 30.000 Grad) und 500.000-mal heller als die Sonne.
Der außer Kontrolle geratene Stern α Giraffe erschafft einen Kopfeine Stoßwelle, die sich mit einer Geschwindigkeit von 60 km/s ausbreitet und das interstellare Medium auf ihrem Weg komprimiert. Die Kopfwelle ist etwa zehn Lichtjahre vom Stern selbst entfernt.
Der Stern strahlt auch einen starken Sternwind aus.Astronomen gehen seit langem davon aus, dass α Giraffe aufgrund von Gravitationswechselwirkungen mit anderen Mitgliedern des Sternhaufens aus einem nahegelegenen Haufen junger, heißer Sterne herausgeschleudert wurde. Einer anderen Hypothese zufolge könnte der Stern durch die Explosion eines massereichen Begleitsterns als Supernova an Geschwindigkeit gewonnen haben (nachdem er aus dem Doppelsternsystem geflogen war).
- Runaway Star ζ Ophiuchus
Während sich ζ Ophiuchis bewegt, bildet es vor sich eine bogenförmige Welle aus interstellarem Material, deutlich sichtbar auf diesem farbenfrohen Infrarotbild, das von der Raumsonde WISE aufgenommen wurde.
In künstlichen Farben abgebildet ζ Ophiuchussieht bläulich aus. Es befindet sich in der Nähe der Bildmitte und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 24 km / s nach oben. Die Masse des Sterns ist 20-mal so groß wie die der Sonne. Ein starker Sternwind fliegt vor dem Stern, komprimiert und erhitzt interstellare Materie und bildet einen Bogenschock.
- Runaway Star AE Wagenlenker
AE Aurigae ist der helle Stern direkt unterhalb und links der Mitte in diesem farbenfrohen Porträt des Nebels IC 405, auch bekannt als Flaming Star Nebula.
Heiße Variable, umgeben von einer WeltraumwolkeEin Stern vom spektralen Typ O mit seiner energetischen Strahlung lässt Wasserstoff entlang der Gasfilamente leuchten. Das blaue Licht des Sterns wird von interstellarem Staub reflektiert. Der Star AE Charioteer wurde in einer völlig anderen Wolke geboren, die er hervorhebt.
Infrarotbild einer Bogenschockwelle (gelber Bogen) des Fluchtsterns ζ Ophiuchus in einer interstellaren Staub- und Gaswolke
Geschwindigkeitsrekord
Einer der am schnellsten entkommenden Sterne ist US 708.Sternbild Ursa Major. Es wurde 1982 entdeckt und 2005 wiederentdeckt. Lange Zeit glaubte man, dass es wie andere Objekte dieser Art von einem supermassereichen Schwarzen Loch aus dem Zentrum der Galaxie herausgeschleudert wurde.
Der S5-HSV1 stellte 2019 einen neuen US 708-Rekord aufim Sternbild Kran. Das Objekt wurde bei der Vermessung des anglo-australischen Teleskops entdeckt. Seine Geschwindigkeit beträgt 1,7 Tausend Kilometer pro Sekunde. Es ist jetzt der einzige hochbewährte Supervelocity-Stern, der aus dem Zentrum der Milchstraße gekommen ist.
Wie können Super Velocity Stars helfen?
Jetzt werden im Halo Hochgeschwindigkeitssterne entdeckt- jenseits des sichtbaren Teils der Galaxie. Im Gegensatz zur typischen Randpopulation roter, verblassender alter Sterne handelt es sich hierbei um junge, heiße, blaue Riesen.
Solche werden im Zentrum der Milchstraße geboren, wohin sie führtaktive Sternentstehung. Das starke Gravitationsfeld des supermassiven Schwarzen Lochs reißt sie jedoch vom Paar weg und beschleunigt sie auf die Fluchtgeschwindigkeit aus der Galaxie. Sie sind sehr hell und daher leichter zu erkennen.
Die Existenz eines Heiligenscheines von Wissenschaftlern brachte eine Anomalie mit sichdie Rotationsgeschwindigkeit der äußeren Regionen der Galaxie. Es kann nicht erklärt werden, ob es nur Sterne gibt. Es wird viel zusätzliche Masse benötigt. Es wird dunkle Materie genannt, weil wir es nicht direkt erkennen.
Was ist die Form des Halos, kugelförmig oder abgeflacht,unbekannt, aber die Flugbahnen der Supervelocity-Sterne helfen bei der Beantwortung dieser Frage. Professor Avi Loeb von Harvard und Kollegen analysierten diese Daten und schätzten die Masse der Milchstraße zusammen mit der Dunklen Materie auf das 1,2-1,9 Billionen-fache der Masse der Sonne.
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