Umetniška ilustracija galaktičnega izgnanstva. Kreditna slika: CfA. Kliknite za povečavo.
Poslušajte intervju: Galactic Exiles (6,2 MB)
Ali pa se naročite na Podcast: universetoday.com/audio.xml
Kaj je podcast?
Fraser Cain: Ali mi lahko poveste o zvezdah, ki ste jih opazili, in kako so jih izstrelili iz naše galaksije?
Dr. Warren Brown: Odkrili smo, da sta dve zvezdi v oddaljenih regijah Mlečne poti, ki potujeta s hitrostjo, ki je v naši galaksiji še nihče ni videl, vsaj zvezde zunaj galaktičnega središča. Razen tega, da so te zvezde oddaljene sto tisoč svetlobnih let od galaktičnega središča. In vendar je edina verodostojna razlaga njihove hitrosti ta, da jih je v središče galaksije izvrgla supermasivna črna luknja.
Fraser: Torej sta prišla preblizu supermasivne črne luknje in ju nekako vrgla ven?
Rjava: Ja, tako je tukaj slika. Ta scenarij zahteva tri telesa, astronomi pa pravijo, da je najverjetnejši način, da se je zgodilo, če imate par zvezd. Kot se morda zavedate, so nekaj podobnega kot polovice zvezd na nebu pravzaprav sistemi, ki vsebujejo par ali včasih več zvezd. In če imate tesno vezan par zvezd, ki iz nekega razloga potujeta preblizu supermasivne črne luknje, bo v nekem trenutku gravitacija črne luknje presegla vezalno energijo med pari zvezd in odtrgala eno od teh zvezd proč . Zajela bo eno zvezdo, druga zvezda pa nato zapusti sistem z orbitalno energijo para. In tako boste dobili to dodatno povečanje hitrosti. Supermasivna črna luknja je v bistvu sposobna odvezati eno zvezdo, jo zajeti in pustiti drugo s celotno količino energije, ki jo je imel par. In ta zvezda se nato izvrže takoj iz galaksije.
Fraser: Če bi se običajna enojna zvezda približala, ne bi imela energije, da bi se izstrelila. Mislim, da sem videl nekaj simulacij, kjer se zvezda preveč približa črni luknji in nekako spremeni smer svoje orbite, vendar še vedno kroži okoli.
Rjava: Seveda, lahko bi si predstavljali, da gre za vesoljsko plovilo, ki se vrti okoli Jupitra ali kaj podobnega. Lahko si predstavljate, da morda spreminjate smer in dosežete nekaj hitrosti. Toda v galaksiji ni mehanizma, ki bi dosegel tolikšno hitrost za nekaj, kar je masa zvezde 3-4 sončne mase. Za ustvarjanje hitrosti, ki jo vidimo, je potrebna interakcija s tremi telesi. In opažamo njihovo gibanje v odnosu do nas. Oddaljeni so od nas s hitrostjo približno 1-1,5 milijona milj na uro.
Fraser: Kako hitro bi zvezde šle, ko bi prišle na razpad?
Brown: Ne vem zagotovo. Verjetno nekaj 10-krat več kot pred tistim trenutkom, ko švigajo mimo črne luknje. Seveda, ko zapustiš ta gravitacijski potencial iz črne luknje, se počasi upočasnijo. Njihova končna hitrost pobega je tisto, kar opazujemo zdaj; je na vrsti milijon milj na uro. In to je precej več kot dvakratna hitrost, ki jo potrebujete, da v celoti pobegnete iz naše galaksije. Te zvezde so res izgnanci. Odhajajo iz galaksije in se ne bodo nikoli vrnili.
Fraser: In ena zvezda je vržena ven. Kaj se zgodi z drugo zvezdo?
Brown: To je zanimivo vprašanje. V resnici obstaja teoretični prispevek, ki so ga napisali nekateri teoretiki, ki nakazujejo, da so te zvezde na zelo dolgi eliptični orbiti okoli osrednje masivne črne luknje lahko nekdanje spremljevalke teh tako imenovanih zvezd hipervelocity, ki smo jih odkrili. In to je vrsta orbite, ki jo pričakujete. Če zvezda ni tako nesrečna, da bi padla naravnost v črno luknjo, če jo malo pogrešamo, se bo samo nihala naokoli in nato na zelo dolgi eliptični orbiti okoli osrednje masivne črne luknje.
Fraser: In od kod je par izviral? Je to usoda, ki bi lahko prizadela nekatere bližnje binarne zvezde?
Brown: No, to dejansko prihaja do širše slike. Galaktično središče je zanimivo mesto. Ima veliko mladih zvezd. Tri najmlajše množične zvezdne grozde, odkrite v galaksiji, prihajajo tik v bližini galaktičnega središča. In vsebujejo nekatere najbolj množične zvezde v galaksiji. Tako da tam okoli kroži veliko mladih zvezd. Vprašanje je, kako dobite zvezdo, da prilagodi njeno orbito, tako da strelja naravnost proti supermasivni črni luknji, namesto da kroži okoli nje, kot Zemlja, ki kroži okoli Sonca. In to je odprto vprašanje. In ena stvar, ki jo te zvezde hiperveličnosti, ki smo jih odkrili, začnejo dajati namig o tem, kako morda deluje ta mehanizem. Ker je na primer ena ideja, da smo s temi zvezdnimi grozdi opazili. Mogoče z dinamičnim trenjem, ko naletijo na druge zvezde, lahko počasi tonejo v galaktično središče, kjer je črna luknja. In to bi se moralo zgoditi, si lahko predstavljate, da se je nenadoma ob tej ogromni črni luknji pojavil cel kup zvezd. Lahko bi počil te zvezde hiperveličnosti. Izbrskati je treba vse vrste zvezd. Pa vendar imajo zvezde, ki jih opazujemo vsi, različne čase potovanja od galaktičnega središča. To je samo namigovanje, toda že smo začeli govoriti o zgodovini zvezd, ki vplivajo na supermasivno črno luknjo. Zdaj se zdi, da ni dokazov, da bi zvezdni grozdi padali v galaktično središče.
Fraser: Lahko bi prišlo do neke vrste tekočega traku, da se zvezde rodijo, potem pa počasi potonejo in jih nato odženejo, ko se preveč približajo.
Brown: Ja, to je nekako ena ideja. Da ta tekoči trak deluje, potrebujete nekakšno masivno mesto, kot je zvezdna kopica, da ta transporter deluje. Da bi lahko potopil nekaj navzdol proti ogromni črni luknji. Ko se ogromen predmet sreča z veliko masivnimi predmeti, se zdi, da bodo manj masivni predmeti oddajali malo več energije. Ker ogromen objekt, v tem primeru zvezdna kopica, izgublja energijo, njegova orbita razpade in se približa galaktičnemu središču.
Fraser: Zaradi majhnega števila zvezd, ki ste jih našli, in velikega števila zvezd v galaksiji je bilo treba precej težko izslediti te fante. Kakšna je bila metoda, ki ste jo uporabili?
Brown: Ja, to je dejansko eden izmed vznemirljivih rezultatov tega časa. Prvo odkritje pred dobrim letom, po prvi zvezdi hipervelocity, je bilo nekaj odkritega odkritja. In tokrat smo jih aktivno iskali. In trik je bil v tem, da bi morale biti te stvari zelo redke. Teoretiki ocenjujejo, da je morda na tisoče zvezd v celotni galaksiji. In galaksija vsebuje več kot 100 milijard zvezd. Tako smo morali gledati na način, ki nam je dal precej dobre možnosti, da jih najdemo več. In naša strategija je bila dvojna. Eno je, da obrobje Mlečne poti vsebujejo večinoma stare pritlikave zvezde. Zvezde kot Sonce ali manj zvezde rdeče. Ni mladih, modrih masivnih zvezd, in to je takšna zvezda, ki smo jo odločili iskati; zvezde, ki so mlade in svetleče, da jih lahko vidimo daleč, toda tam, kjer na obrobju galaksije ne bi smeli biti takšne zvezde. Drugi del strategije je bil iskati blede zvezde. Kolikor dlje boste šli, manj zvezd v galaksiji v ozadju se morate spopadati. In večja je verjetnost, da boste naleteli na te zvezde hiperveličnosti, v nasprotju z drugo zvezdo, ki ravno kroži po galaksiji.
Fraser: In kakšen je način, da dejansko poveš, kako hitro se zvezda premika?
Brown: Za to smo morali vzeti spekter zvezde. S 6,5 MMT teleskopom v Arizoni smo zvezdo usmerili v eno od naših kandidatnih zvezd in od nje vzeli svetlobo ter jo dali v mavrični spekter in slikali ta spekter. In elementi v zvezdni atmosferi služijo kot prstni odtis. Lahko vidite absorpcijske črte zaradi vodika in helija ter drugih elementov. In z uporabo gibov je Dopplerjev premik - v tem primeru rdeči premik - teh valovnih dolžin povedal, kako hitro se zvezde odmikajo od nas. In večina zvezd v našem vzorcu je bila običajnih zvezd galaksije; premikali so se dokaj počasne hitrosti, nato pa sta se zgodili, da sta dve od njih potovali precej hitro, in to sta bila dva, ki smo ju napovedali pravkar.
Fraser: In kaj menite, da to govori o nastanku zvezd ali središču galaksije ali ...
Brown: No, tokrat je to zanimiv del zgodbe. Zdaj, ko imamo dejansko vzorec le-teh, gre za res nov razred predmetov, te zvezde hiperveličnosti, lahko začnemo nekaj povedati o tem, od kod prihajajo, to je galaktično središče. Te zvezde so edinstveno primerne za to, da nam povedo zgodbo o dogajanju v galaktičnem središču. Njihovi časi potovanj nam povedo nekaj o zgodovini, dogajanju, pa tudi vrstah zvezd, ki jih vidimo. V tem primeru so te mlade modre zvezde - te 3-4 zvezde sončne mase - ki jih astronomi imenujejo zvezde tipa B. Dejstvo, da smo v svoji regiji anketiranja videli dve, ki smo jih izvedli na približno 5% neba, je v skladu s povprečno razporeditvijo zvezd, ki jih vidite v galaksiji. Toda v neskladju s tem, kar veliko teh zvezd sestavlja v galaktičnem središču. Samo dejstvo o vrstah zvezd, ki jih vidite, nam začne pripovedovati o populaciji tega, kar je bilo izstreljeno iz galaksije. V tem primeru ne izgleda, da gre za supermasivne kopice zvezd, temveč za povprečno zvezdo, ki se sprehaja po galaksiji.
Fraser: In če bi imel na razpolago kakšen super Hubble teleskop, kaj bi rad iskal?
Rjava: Oh, želeli bi iskati gibanje teh zvezd na nebu. Torej vse, kar vemo, če je njihova minimalna hitrost. Edino, kar lahko izmerimo, je njihova hitrost v vidni črti glede na nas. Ne vemo, da je v ravnini neba hitrost, tako imenovano pravilno gibanje. To lahko storite s Hubblom, če imate 3-5 letne osnovne črte, s katerimi lahko vidite, kako se te zvezde premikajo. To bi moralo biti zelo majhno gibanje. Če bi imeli super Hubble, bi ga morda videli čez eno leto. To bi bilo zelo zanimivo vedeti. Ne samo, da bi vam to zagotovo povedali, da ti resnično prihajajo iz galaktičnega središča in ne iz katerega koli drugega kraja, ampak tudi iz njihovih poti. Če bi natančno vedeli, kako se gibljejo, vam vsako odstopanje od naravne črte od galaktičnega središča pove, kako gravitacija galaksije s časom vpliva na njihovo pot. In to je tudi zelo zanimivo vedeti.
Fraser: Tako, da bi to pomagalo pri načrtovanju razporeditve temne snovi.
Rjava: Točno tako. Tako astronomi sklepajo o prisotnosti temne snovi. Vidimo zvezde, ki krožijo po galaksiji hitreje, kot bi morale biti, ker se zdi, da obstaja masa, ki je ne moremo upoštevati, če bi jih zadržali v svoji orbiti. In to temno zadevo je težko razumeti, kako je razporejena po galaksiji. Toda te zvezde so že na obrobju galaksije, in ko prehajajo skozi njo, se to vznemirjenje, gravitacijsko vlečenje temne snovi, ko te stvari potujejo po galaksiji, počasi seštevajo, ko gredo. Torej dejansko merijo porazdelitev te temne snovi, samo na svoji orbiti. Torej, če bi lahko merili njihovo gibanje vzorca zvezd, se vam dejansko začne ukvarjati s tem, kako se temna snov razporeja po galaksiji.
