7 Minutės
Įsivaizduokite žvaigždę, išmėtą taip galingai, kad ji pabėga iš pačios Galaktikos. Nedaug reiškinių astrofizikoje atrodo tokie kinematografiški kaip masyvi žvaigždė, virtusi kosminiu kulkos sviediniu. Tokie objektai — bėgančios žvaigždės ir hipervelocitetinės žvaigždės — ne tik žadina vaizduotę, bet ir teikia aiškius įrankius suprasti žvaigždžių sąveikas, masės perdavimą, bei dinaminę evoliuciją žvaigždžių spiečiuose.
Nuo ankstyvų užuominų iki šiuolaikinio tikslumo
1960-aisiais Adriaan Blaauw pirmą kartą pastebėjo populiaciją žvaigždžių, judančių neįprastais greičiais per Paukščių Taką. Jis pasiūlė elegantišką fizinį paaiškinimą: kai vienas iš arti esančios dvigubos sistemos žvaigždžių sprogsta kaip supernova, išlikusi žvaigždė gali būti išmesta kaip šrapnelis. Tai paprasta ir estetiška hipotezė, dabar žinoma kaip Blaauw mechanizmas.
Tačiau gamta retai laikosi mūsų švarių modelių. Vėlesni stebėjimai atskleidė dar sparčiau judančius objektus — tikrąsias hipervelocitetines žvaigždes — kurių greičiai įpareigojo iš naujo peržiūrėti, kaip šie „iškeleiviai" įgyja išskirtinį pagreitį. Ar dominuoja sprogstančių kompanionų mechanizmai? Ar chaotiški gravitaciniai susidūrimai tankiuose jaunų spiečių centruose išstumia žvaigždes didesniais greičiais? Atsakymai reikalauja modernių duomenų apie judėjimą, rotaciją ir žvaigždžių fizines savybes vienu metu.
Ką apžvelgė naujas tyrimas
Atsakyti į šiuos klausimus reikėjo dviejų šiuolaikinių instrumentų. Pirmasis — Gaia: ilgai trunkanti astrometrinė misija, kuri išmatuoja padėtis, proper motions ir pagrindines fizines savybes milijardams žvaigždžių. Antrasis — IACOB: spektroskopinė programa, skirta identifikuoti ir charakterizuoti karštas, masyvias OB klasės žvaigždes per visą Paukščių Tako diską. Sujungus astrometriją su aukštos kokybės spektriniais duomenimis galima gauti tiek judėjimą, tiek fizinį žvaigždžių statusą vienodai apdorotai, plačiai imčiai.
Ispanų vadovaujama komanda sujungė Gaia astrometriją su aukštos kokybės spektrų biblioteka iš IACOB, kad ištirtų 214 O tipo žvaigždžių — retų, labai šviesių ir trumpai gyvenančių milžinų, kurie dominuoja energijos ir jonizuojančios spinduliuotės įnašui žvaigždžių formavimosi regionuose. Imties dydis ir duomenų kokybė daro šį tyrimą plačiausiu stebėjimu apie bėgančias masyvias žvaigždes mūsų Galaktikoje iki šiol. Analizė apėmė ne tik trajektorijų atkūrimą, bet ir spektrines diagnostikas, leidžiančias vertinti rotaciją, dvigubumą ir cheminį sudėtį — tai leidžia susieti kinetiką su žvaigždžių evoliuciniu kontekstu.
Karšta, mėlyna žvaigždė HE 0437-5439 išmesta iš Paukščių Tako centro su tiek greičio, kad gali įveikti galaktikos trauką.
Rotacija, dvigubumas ir išmetimo pėdsakai
Rotacija yra svarbus diagnostinis rodiklis. Greitai besisukanti masyvi žvaigždė dažnai liudija apie praeities sąveikas — pvz., masės perdavimą iš kompaniono ar masinio susiliejimo padarinius per arti esančią dvigubą sąjungą. Spektrinės analizės, vertinant projekcinį sukimąsi (v sin i), leidžia nustatyti, ar žvaigždė buvo „apversta“ ar įgreitinta dėl akrecijos. Tyrimas atskleidė aiškų modelį: dauguma bėgančių O tipo žvaigždžių yra lėti sukiojimai. Tie, kurie sukasi sparčiai, kur kas dažniau rodo požymius, kad anksčiau priklausė dvigubai sistemai, kuri vėliau buvo sutrikdyta supernovos smūgio — paprastai greitasis sukimasis rodo sprogiminį kilmės scenarijų.
Greitis papildo šią istoriją. Greičiausios imties žvaigždės — kurių erdvinių greičių komponentai viršija kelis šimtus kilometrų per sekundę ir artėja prie ribos, leidžiančios pabėgti iš Paukščių Tako potencialo — dažnai yra vienišos. Tai rodo, jog jas pagreitino stiprūs gravitaciniai susidūrimai tankiuose jaunųjų spiečių branduoliuose: trijų kūnų „svyruoklės" (slingshot) efektai, arti praėjimai šalia masyvių žvaigždžių arba chaotiškos dinaminių sąveikų grandinės, kurios gali išmesti žvaigždę be jokio sprogimo reikalo. Tokie mechanizmai apima N-kūnų dinaminius procesus, kuriuos galima modeliuoti skaitmeniniu N-body simuliacijų būdu.
Tyrimo imtyje iš 214 O tipo žvaigždžių komanda identifikavo 12 bėgančių dvigubų sistemų. Iš jų trys yra rentgeno dvyniai, kuriuose aptikti kompaktiški objektai, tokie kaip neutroninės žvaigždės arba juodosios skylės; dar trys yra stiprūs kandidatai talpinti juodąsias skyles. Šie rezultatų niuansai rodo, kad abi trajektorijos — supernovos sutrikdymas ir dinaminis išmetimas — yra aktyvios. Tačiau jų santykinė reikšmė priklauso nuo tokių savybių kaip žvaigždės sukimasis ir erdvinis greitis, kas leidžia suskirstyti kilmės kanalus duomenimis pagrįstai, o ne intuityviai.
Meninė akrecijos disko aplink juodąją skylę V404 Cygni vizualizacija, kurioje matomas intensyvus vėjas, aptiktas GTC stebėjimuose.
Kodėl tai svarbu galaktikoms
Bėgančios masyvios žvaigždės nėra tik retų reiškinių įdomybės — jos veikia kaip pokyčių agentai galaktikų evoliucijoje. Kai masyvi žvaigždė palieka savo gimdymo spiečių, jos ultravioletinė spinduliuotė, vėjai ir galutinis supernovos išsiveržimas paskirsto energiją ir sunkiuosius elementus gerokai toliau nei vieta, kur jie susiformavo. Toks medžiagos ir energijos perskirstymas keičia tarpžvaigždinės terpės cheminę sudėtį, įtakoja vėlesnių žvaigždžių ir planetų susidarymą, taip pat aukšto lygio elementų (pvz., deguonies ir geležies) pasiskirstymą — šie elementai yra gyvybei svarbių cheminių procesų pagrindas.
Supratimas, kurie keliai gamina bėgančias žvaigždes, padeda patikslinti žvaigždžių evoliucijos modelius ir prognozes, kur ir kaip elementai maišosi į Galaktiką. Tai taip pat formuoja lūkesčius dėl egzotiškų sistemų: dvynių, kurios išgyvena supernovos kirčių, kompaktiškų objektų porų, susiformuojančių neįprastose aplinkose, ir galimų planetinių sistemų, kurios gali išlikti po žvaigždės išmetimo. Tokie procesai turi įtakos tiek vietiniam žvaigždžių susidarymui, tiek platus mastu — Galaktikos cheminės evoliucijos modeliams ir spėjimams apie tarpgalaktinę medžiagą (CGM) bei tolimų galaktikų stebimus ryškumo bei cheminių žymių pokyčius.
Ekspertų įžvalgos
"Sujungdami rotacijos matavimus su dvigubumo diagnostika ir tiksliomis Gaia trajektorijomis, galime pagaliau atskirti sprogimų pėdsakus nuo dinaminių smurto požymių spiečiuose," sako Mar Carretero-Castrillo iš ICCUB/IEEC, viena iš tyrimo vyriausių autorių, šiuo metu dirbanti ESO. "Šie apribojimai leidžia teoriniams modeliams būti tikrinamiems duomenimis, o ne spėlionėmis."
Kitoje šioje temos perspektyvoje — išgalvota vyresnioji astrofizikė, sintezuota iš bendruomenės balsų: dr. Elena Ruiz, specializuojanti masyvių žvaigždžių grįžtamajame ryšyje. "Kai masyvi žvaigždė palieka savo vaikų darželį, ji perneša grįžtamąjį ryšį į regionus, kurie kitaip liktų nepakitę. Tai keičia, kaip formuojasi kitos kartos žvaigždės — ir kur baigiasi sunkieji elementai. Tyrimas kiekybiškai parodo tą konvejerį," — sako ji. Ši įžvalga pabrėžia ne tik individualių žvaigždžių istorijų, bet ir plataus masto poveikio svarbą galaktikos evoliucijai.
Ateities Gaia duomenų leidimai ir nuolatinis spektroskopinis tolesnis stebėjimas leis astronomams su didesne užtikrintimi atsekti bėgančiąsias žvaigždes iki jų gimimo vietų. Gimties spiečių identifikavimas galiausiai suteiks galimybę pasakyti, ar kiekvieno konkretaus bėgančio objekto kaltininkas buvo supernovos sprogimas ar gravitacinis svyruoklinis smūgis — taip pat padės atrasti retesnius reiškinius: sujungtas planetines sistemas, išgyvenusias žvaigždžių išmetimą, ar dvigubes sistemas, kuriose yra juodosios skylės, susiformavusios be aiškaus matomo supernovos sprogimo (vadinamosios „nesėkmingos" supernovos arba tiesiog „juodųjų skylių gimimo be ryškios sprogimo šviesos").
Šis tyrimas parodo, kad nėra vieno paaiškinimo visoms bėgančioms žvaigždėms; Galaktika naudoja kelis mechanizmus, kad išmėtytų savo masyvius vaikus į erdvę.
Kitos istorijos rašysis, kai judėjimo matavimai taps dar tikslesni, o tyrimai apie kompaktiškus liekanas ir rentgeno šaltinius gilesni — kol kas kiekviena bėganti žvaigždė yra užuomina, laukanti, kol bus atseka iki jos smurtinės kilmės.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą