Czym są gwiazdy super prędkości?
Uciekająca gwiazda, uciekająca gwiazda, to taka, która porusza się z anomalią
Właściwy ruch takiej gwiazdy jest częstojest wskazane właśnie w odniesieniu do stowarzyszenia gwiezdnego, którego kiedyś musiała zostać członkiem, zanim została z niego wyrzucona. Nasze Słońce jest tylko jedną z 400 miliardów gwiazd w naszej galaktyce, Drodze Mlecznej.
Galaktyka obraca się powoli, tworząc jednąobrót w ciągu 250 milionów lat. Większość gwiazd Drogi Mlecznej dotrzymuje kroku powolnej rotacji: na przykład Słońce ma prędkość 19,4 km/s w stosunku do innych gwiazd. Ale w galaktyce są też „uciekające gwiazdy”: ich prędkość w stosunku do innych gwiazd dochodzi do 200 km/s.
Około 10-30% gwiazd klasy spektralnej O i 5-10%wszystkie gwiazdy typu widmowego B mają prędkości podobnego rzędu. Wszyscy są stosunkowo młodymi mieszkańcami galaktyki – mają nawet 50 milionów lat i w tym czasie pokonują stosunkowo krótkie odległości w kosmosie – od setek parseków do kilku kiloparseków, więc czasem wydaje się możliwe określenie gromady, w której się znajdują. urodził się.
Uciekające gwiazdy i szok łuku
Niektóre uciekające gwiazdy wytwarzają łukfala uderzeniowa sprężonej materii, która jest bardzo podobna do fali czołowej wokół łodzi pływającej po wodzie. Fala ta ma tę samą naturę fizyczną, co fala uderzeniowa wytworzona przez myśliwiec w powietrzu.
Kiedy uciekająca gwiazda porusza się z dużą prędkościąprzez ośrodek międzygwiazdowy (bardzo rzadką mieszaninę gazu i pyłu) przy prędkościach ponaddźwiękowych materia międzygwiazdowa staje się widoczna jako dziobowa fala uderzeniowa.
Termin „prędkość ponaddźwiękowa” to oznaczaprędkość poruszającego się obiektu jest większa niż prędkość dźwięku w otoczeniu. O ile w dolnej warstwie atmosfery ziemskiej prędkość ta wynosi około 330 m/s, o tyle w prawie pustej przestrzeni międzygwiazdowej wynosi ona około 10 km/s.
Tak więc wykrycie łukowej fali uderzeniowejwokół gwiazdy OB oznacza, że porusza się ona z prędkością ponaddźwiękową, a zatem może być wiarygodnie zidentyfikowana jako uciekająca gwiazda, nawet jeśli jej prędkość nie została bezpośrednio zmierzona.
Zdjęcia uciekających gwiazd z Teleskopu Kosmicznego Hubble'a między październikiem 2005 a lipcem 2006. Źródło: NASA
Charakterystyka gwiazd
W odległości 750 szt. od Słońca znanych jest 56uciekające gwiazdy. Gwiazdy te prawie nie różnią się od pozostałych gwiazd wchodzących w skład dysku galaktyki we wszystkich swoich parametrach, z wyjątkiem dużej prędkości przestrzennej. Cztery gwiazdy z tej grupy mają masę większą niż 25 mas Słońca (dla nich masę określa rodzaj widma z niezbyt dużą dokładnością).
Obecnie przyjmuje się, że takie gwiazdypowstają albo podczas dynamicznej ewolucji gromad i skojarzeń, w których się narodziły (najprawdopodobniej przyczyną jest bliskie potrójne spotkanie), albo w wyniku rozpadu układu podwójnego podczas wybuchu supernowej, kiedy biegnąca gwiazda otrzymuje początkowy impuls z eksplozji gwiazdy towarzyszącej.
Choć teoretycznie możliwe jest jedno i drugiemechanizmu, astronomowie w praktyce zazwyczaj skłaniają się do hipotezy o wybuchu supernowej. R. Hoogerwerth i jego współpracownicy z Obserwatorium w Leiden w Holandii wykorzystali dane z satelity Hipparcos do śledzenia ruchów 56 uciekających gwiazd w czasie i znaleźli dowody na poparcie obu teorii.
Autorzy prześledzili ruch tych gwiazd w galaktycea dla większości z nich (w tym wszystkich czterech masywnych) odkryliśmy, kiedy i z jakiego skojarzenia te gwiazdy wyleciały, a także który z dwóch możliwych mechanizmów wyrzutu działał dla każdej konkretnej gwiazdy (większość gwiazd została wyrzucona podczas rozpadu). plików binarnych).
Najprawdopodobniej wszystkie cztery masywne, uciekające gwiazdy uzyskały dużą prędkość przestrzenną w wyniku eksplozji supernowych w układach podwójnych.
Autorzy podają kilka argumentów przemawiających za tym wnioskiem:
- Te gwiazdy są bardzo masywne.Aby zostać wyrzuconym z gromady (asocjacji), musiały przelecieć w pobliżu nieo wiele mniej masywnych gwiazd. W przeciwnym razie, zgodnie z prawem zachowania pędu, z układu zostałyby wyrzucone mniej masywne gwiazdy. A tak masywnych gwiazd jest bardzo mało - to bezpośrednia konsekwencja prawa Salpetera. Bliski przelot kilku masywnych gwiazd okazuje się niezwykle rzadkim wydarzeniem w porównaniu z raczej rzadkimi bliskimi potrójnymi spotkaniami gwiazd o małej masie.
- Ogromne gwiazdy żyją tylko kilka milionówlat. Fakt ten nakłada dodatkowe ograniczenie na opisane rzadkie zdarzenie – podejście musi mieć czas, aby zajść, zanim masywne gwiazdy eksplodują jako supernowe.
- Te gwiazdy latają z prędkością kilka razywyższe niż rozrzut prędkości skojarzeń, w których się urodziły. Sam ten fakt niczemu nie zaprzecza, po udanym zbliżeniu gwiazdy mogą uzyskać wystarczająco duże prędkości. Jednak dzieje się tak tylko w rzadkich przypadkach, średnia wartość prędkości uzyskiwanej w takich procesach jest znacznie niższa. Tak więc, z bardzo dużym prawdopodobieństwem, każda z tych czterech gwiazd była częścią dość bliskiego masywnego układu podwójnego i uzyskała swoją własną prędkość przestrzenną po rozpadzie w wyniku wybuchu supernowej.
Określenie udziału procentowego pierwszego i drugiego mechanizmu w powstawaniu uciekających gwiazd nakłada silne ograniczenia na teorie powstawania gromad i ewolucji gwiazd.
Symulacje numeryczne przeprowadzone w 2000 roku wykazały, że liczba uciekających gwiazd może pomóc w określeniu na przykład liczby par podwójnych powstających w gromadach.
Prędkości radialne zmierzone tylko dla jednegojedna trzecia gwiazd O-B z katalogu Hipparcos. Na podstawie dostępnych danych możemy powiedzieć, że oba mechanizmy są z grubsza równoważne. Wraz ze wzrostem liczby uciekających gwiazd, dla których wyznaczona zostanie prędkość i położenie w kosmosie, możliwe będzie odnalezienie ich macierzystych gromad, a także ich wieku i prędkości początkowych.
- Uciekająca gwiazda α Żyrafa
Gwiazda znajduje się w konstelacji Żyrafy i jest odległaZiemia jest oddalona o cztery tysiące lat świetlnych. Jego masa przekracza masę Słońca 25–30 razy, jest pięć razy gorętsza od Słońca (jego temperatura wynosi 30 tysięcy stopni) i 500 tysięcy razy jaśniejsza od Słońca.
Uciekająca gwiazda α Żyrafa tworzy głowęfala uderzeniowa, która przemieszcza się z prędkością 60 km/s i ściska ośrodek międzygwiazdowy na swojej drodze. Fala czołowa znajduje się około dziesięciu lat świetlnych od samej gwiazdy.
Gwiazda emituje również silny wiatr gwiazdowy.Astronomowie od dawna wierzyli, że żyrafa α została wyrzucona z pobliskiej gromady młodych, gorących gwiazd w wyniku oddziaływań grawitacyjnych z innymi członkami gromady. Według innej hipotezy gwiazda mogła nabrać prędkości (wylatując z układu podwójnego) w wyniku eksplozji masywnej gwiazdy towarzyszącej w postaci supernowej.
- Uciekająca gwiazda ζ Wężownik
Gdy ζ Ophiuchis się porusza, tworzy przed sobą łukowatą falę materii międzygwiazdowej, wyraźnie widoczną na tym kolorowym zdjęciu w podczerwieni wykonanym przez sondę WISE.
Na zdjęciu w sztucznych kolorach ζ Ophiuchuswygląda niebieskawo. Znajduje się blisko środka obrazu i porusza się w górę z prędkością 24 km/s. Masa gwiazdy jest 20 razy większa od masy Słońca. Silny wiatr gwiazdowy leci przed gwiazdą, ściskając i ogrzewając materię międzygwiazdową i tworząc falę uderzeniową.
- Uciekająca gwiazda AE Charioteer
AE Aurigae to jasna gwiazda tuż poniżej i na lewo od środka tego kolorowego portretu mgławicy IC 405, znanej również jako Mgławica Płonąca Gwiazda.
Gorąca zmienna otoczona chmurą kosmicznągwiazda typu spektralnego O, swoim energetycznym promieniowaniem, sprawia, że wodór, znajdujący się wzdłuż włókien gazowych, świeci. Niebieskie światło gwiazdy odbija się od międzygwiazdowego pyłu. Gwiazda AE Charioteer urodziła się w zupełnie innej chmurze, którą podkreśla.
Obraz w podczerwieni łukowej fali uderzeniowej (żółty łuk) wytworzonej przez gwiazdę ucieczki ζ Wężownik w międzygwiazdowym obłoku pyłu i gazu
Rekord prędkości
Jedną z najszybciej uciekających gwiazd jest US 708.konstelacja Wielkiej Niedźwiedzicy. Odkryto go w 1982 r., a odkryto ponownie w 2005 r. Przez długi czas wierzono, że podobnie jak inne obiekty tego typu został wyrzucony przez supermasywną czarną dziurę z centrum Galaktyki.
S5-HSV1 ustanowił nowy rekord US 708 w 2019 rokuw konstelacji Żurawia. Obiekt został odkryty podczas przeglądu Teleskopu Anglo-Australijskiego. Jego prędkość wynosi 1,7 tysiąca kilometrów na sekundę. Jest to obecnie jedyna wysoce sprawdzona gwiazda superprędkości, która pochodzi z centrum Drogi Mlecznej.
Jak mogą pomóc gwiazdy Super Velocity?
Teraz w halo odkrywane są gwiazdy poruszające się z dużą prędkością- poza widoczną częścią galaktyki. W przeciwieństwie do typowej populacji czerwonych, blaknących starych gwiazd, są to młode, gorące, niebieskie olbrzymy.
Takie rodzą się w centrum Drogi Mlecznej, dokąd idzieaktywna formacja gwiazd. Jednak silne pole grawitacyjne supermasywnej czarnej dziury odrywa je od pary i przyspiesza do prędkości ucieczki z Galaktyki. Są bardzo jasne i dlatego łatwiejsze do wykrycia.
Istnienie aureoli naukowców zostało spowodowane anomaliąprędkość rotacji zewnętrznych obszarów Galaktyki. Nie da się tego wytłumaczyć, gdyby były tylko gwiazdy. Potrzeba dużo dodatkowej masy. Nazywa się ciemną materią, ponieważ nie wykrywamy jej bezpośrednio.
Jaki jest kształt halo, kulisty czy spłaszczony,nieznane, ale trajektorie gwiazd superszybkich pomogą odpowiedzieć na to pytanie. Analizując te dane, profesor Avi Loeb z Harvardu wraz z kolegami oszacował masę Drogi Mlecznej wraz z ciemną materią na 1,2-1,9 biliona mas Słońca.
Czytaj więcej
Najbardziej burzliwe miejsce na Ziemi: dlaczego Drake Passage to najniebezpieczniejsza droga do Arktyki
Astrofizycy stworzyli model pierwszej bilionowej części sekundy Wielkiego Wybuchu
Mars Express pomógł dowiedzieć się, gdzie i jak woda zniknęła z Czerwonej Planety