Śledzenie samotnej małomasywnej gwiazdy, która przemieszcza się przez Drogę Mleczną
Nowo odkryty podkarzeł typu L odbywa niezwykłą podróż przez naszą Galaktykę.
Symulacja hipotetycznej pary białego karła J1249+36 kończy się eksplozją białego karła w supernową. Źródło: Adam Makarenko / W.M. Keck Observatory
Może się wydawać, że Słońce jest nieruchome, podczas gdy planety na jego orbicie się poruszają, ale w rzeczywistości Słońce krąży przez Drogę Mleczną z imponującą prędkością około 220 km/s. Jakkolwiek szybkie może się to wydawać, kiedy odkryto słabą czerwoną gwiazdę przecinającą niebo w zauważalnie szybkim tempie, naukowcy zwrócili na to uwagę.
Dzięki wysiłkom obywatelskiego projektu naukowego o nazwie Backyard Worlds: Planet 9 oraz zespołu astronomów z całych Stanów Zjednoczonych, w Drodze Mlecznej odkryto rzadką gwiazdę, podkarła typu L o hiperprędkości. Co więcej, gwiazda ta może znajdować się na trajektorii, która sprawi, że całkowicie opuści Drogę Mleczną. Badania, prowadzone przez profesora astronomii i astrofizyki Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego Adama Burgassera, zostały zaprezentowane na konferencji prasowej podczas 224. krajowego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (AAS) w Madison w stanie Wisconsin.
Gwiazda o wdzięcznej nazwie CWISE J124909+362116.0 (w skrócie J1249+36) została po raz pierwszy zauważona przez ponad 80 000 wolontariuszy uczestniczących w projekcie Backyard Worlds: Planet 9, którzy przeczesują ogromne ilości danych zebranych w ciągu ostatnich 14 lat przez misję Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Projekt ten wykorzystuje niezwykłe zdolności ludzi, którzy są ewolucyjnie zaprogramowani do poszukiwania wzorców i dostrzegania anomalii w sposób, który nie ma sobie równych w technologii komputerowej. Ochotnicy oznaczają poruszające się obiekty w plikach danych, a gdy wystarczająca liczba ochotników oznaczy ten sam obiekt, astronomowie badają sprawę.
J1249+36 natychmiast wyróżniła się ze względu na prędkość, z jaką porusza się po niebie, wstępnie szacowaną na około 600 km/s. Przy tej prędkości gwiazda jest wystarczająco szybka, aby uciec przed grawitacją Drogi Mlecznej, co czyni ją potencjalną gwiazdą o hiperprędkości.
Aby lepiej zrozumieć naturę tego obiektu, Burgasser zwrócił się do Obserwatorium M.W. Keck na Maunakea na Hawajach, aby zmierzyć jej widmo w podczerwieni. Dane te ujawniły, że obiekt był rzadkim podkarłem typu L – klasą gwiazd o niskiej masie i temperaturze. Podkarły reprezentują najstarsze gwiazdy w Drodze Mlecznej.
Wgląd w skład J1249+36 był możliwy dzięki nowemu zestawowi modeli atmosfery stworzonemu przez absolwenta UC San Diego Romana Gerasimova, który współpracował z naukowcem UC LEADS Efrainem Alvarado III w celu wygenerowania modeli specjalnie dostosowanych do badania podkarłów typu L. To było ekscytujące zobaczyć, że nasze modele były w stanie dokładnie dopasować się do obserwowanego widma – powiedział Alvarado.
Dane spektralne, wraz z danymi obrazowymi z kilku naziemnych teleskopów, pozwoliły zespołowi dokładnie zmierzyć pozycję i prędkość J1249+36 w przestrzeni, a tym samym przewidzieć jej orbitę w Drodze Mlecznej. W tym miejscu źródło stało się bardzo interesujące, ponieważ jego prędkość i trajektoria pokazały, że porusza się wystarczająco szybko, aby potencjalnie uciec z Drogi Mlecznej – stwierdził Burgasser.
Co dało kopa tej gwieździe?
Naukowcy skupili się na dwóch możliwych scenariuszach wyjaśniających niezwykłą trajektorię J1249+36. W pierwszym scenariuszu, J1249+36 była pierwotnie małomasywnym towarzyszem białego karła. Białe karły to pozostałości po gwiazdach, które wyczerpały swoje paliwo jądrowe i wygasły. Gdy gwiezdny towarzysz znajduje się na bardzo bliskiej orbicie z białym karłem, może przenosić masę, powodując okresowe wybuchy zwane nowymi. Jeżeli biały karzeł zgromadzi zbyt dużo masy, może zapaść się i eksplodować jako supernowa.
W tego rodzaju supernowej biały karzeł ulega całkowitemu zniszczeniu, więc jego towarzysz zostaje uwolniony i odlatuje z prędkością orbitalną, z jaką poruszał się pierwotnie, a także z niewielkim kopnięciem spowodowanym wybuchem supernowej – powiedział Burgasser. Nasze obliczenia pokazują, że ten scenariusz działa. Jednak białego karła już tam nie ma, a pozostałości po eksplozji, która prawdopodobnie miała miejsce kilka milionów lat temu, już się rozproszyły, więc nie mamy ostatecznego dowodu na to, że to jest jego pochodzenie.
W drugim scenariuszu, J1249+36 była pierwotnie członkiem gromady kulistej, ciasno związanego skupiska gwiazd, natychmiast rozpoznawalnego dzięki wyraźnemu kulistemu kształtowi. Przewiduje się, że centra tych gromad zawierają czarne dziury o szerokim zakresie mas. Te czarne dziury mogą również tworzyć układy podwójne, a takie sytuacje okazują się być świetnymi katapultami dla wszelkich gwiazd, które znajdą się zbyt blisko nich.
Kiedy gwiazda napotyka czarną dziurę w układzie podwójnym, złożona dynamika interakcji trzech ciał może wyrzucić tę gwiazdę z gromady kulistej – wyjaśnił Kyle Kremer, nowy adiunkt na Wydziale Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Kremer przeprowadził serię symulacji i odkrył, że w rzadkich przypadkach tego rodzaju interakcje mogą wyrzucić małomasywnego podkarła z gromady kulistej na trajektorię podobną do tej zaobserwowanej dla J1249+36.
To dowód słuszności koncepcji - powiedział Kremer - ale tak naprawdę nie wiemy, z jakiej gromady kulistej pochodzi ta gwiazda. Śledzenie J1249+36 w czasie umieszcza ją w bardzo zatłoczonej części nieba, która może skrywać nieodkryte gromady.
Burgasser powiedział, że aby ustalić, czy któryś z tych scenariuszy lub inny mechanizm może wyjaśnić trajektorię J1249+36, zespół ma nadzieję dokładniej przyjrzeć się jej składowi pierwiastkowemu. Na przykład, gdy biały karzeł eksploduje, tworzy ciężkie pierwiastki, które mogły „zanieczyścić” atmosferę J1249+36 podczas ucieczki. Gwiazdy w gromadach kulistych i galaktykach satelitarnych Drogi Mlecznej również mają wyraźne wzorce obfitości, które mogą ujawnić pochodzenie J1249+36.
Zasadniczo szukamy chemicznego odcisku palca, który wskazałby, z jakiego systemu pochodzi ta gwiazda – powiedział Gerasimov, którego praca nad modelowaniem umożliwiła mu zmierzenie obfitości pierwiastków chłodnych gwiazd w kilku gromadach kulistych.
Niezależnie od tego, czy szybka podróż J1249+36 była spowodowana przez supernową, przypadkowym spotkaniem z czarną dziurą w układzie podwójnym, czy też innym scenariuszem, jej odkrycie stanowi nową okazję dla astronomów, aby dowiedzieć się więcej o historii i dynamice Drogi Mlecznej.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
