Śledzenie samotnej gwiazdy pędzącej przez Drogę Mleczną
Może się wydawać, że Słońce jest nieruchome, a tylko planety na jego orbicie poruszają się, ale w rzeczywistości Słońce przemierza Drogę Mleczną z imponującą prędkością około 220 km/s.
 |
| Wizja artystyczna hipotetycznego podwójnego białego karła J1249+36, która kończy się eksplozją białego karła w supernową (po lewej), która wyrzuca jego towarzysza, podkarła typu L w przestrzeń przez Drogę Mleczną. Źródło: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko |
Chociaż może się to wydawać szybkie, kiedy odkryto słabą czerwoną gwiazdę poruszającą się jeszcze szybciej po niebie, z prędkością około 600 km/s, naukowcy zwrócili na nią uwagę.
Ten rzadki gwiezdny sprinter jest pierwszą gwiazdą „hiperprędkościową” o bardzo małej masie, którą odkryto dzięki wysiłkom naukowców amatorów i zespołu astronomów z całych Stanów Zjednoczonych korzystających z kilku teleskopów, w tym dwóch na Hawajach – Obserwatorium W. M. Kecka na wyspie Maunakea oraz Instytutu Astronomii Pan-STARRS Uniwersytetu Hawajskiego na wyspie Haleakala na Maui. Znajduje się zaledwie 400 lat świetlnych od Ziemi i jest najbliższą nam znaną gwiazdą hiperprędkościową.
Co więcej, gwiazda ta może znajdować się na nietypowej trajektorii, która może spowodować, że całkowicie opuści Drogę Mleczną.
Badania prowadzone przez profesora astronomii i astrofizyki Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, Adama Burgassera, zostały niedawno zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters i są dostępne w formacie preprint na stronie arXiv.org.
Gwiazda o nazwie CWISE J124909+362116.0 (lub 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 NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Projekt ten wykorzystuje zdolność 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 go badają.
J1249+36 natychmiast się wyróżniła, ponieważ poruszała się z prędkością około 1% prędkości światła.
W tym miejscu źródło stało się bardzo interesujące, ponieważ jego prędkość i trajektoria wskazywały, że poruszało się wystarczająco szybko, aby potencjalnie uciec z Drogi Mlecznej – powiedział Burgasser.
Aby lepiej zrozumieć naturę tego obiektu, Burgasser skorzystał ze spektrografu Near-Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) Obserwatorium Kecka i zmierzył jego widmo w podczerwieni. Dane ujawniły, że obiekt był podkarłem typu L – klasy gwiazd o bardzo niskich masach i niższych temperaturach niż ma nasze Słońce. Podkarły reprezentują najstarsze gwiazdy w Drodze Mlecznej.
Zespół porównał spojrzenie Obserwatorium Kecka w skład J1249+36 z nowym zestawem modeli atmosfery stworzonym przez absolwenta UC San Diego Romana Gerasimova, który współpracował z badaczem 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 widmo uzyskane za pomocą NIRES Kecka – powiedział Alvarado.
Dane spektralne, wraz z danymi obrazowymi z Pan-STARRS i kilku innych teleskopów naziemnych, pozwoliły zespołowi dokładnie zmierzyć pozycję i prędkość J1249+36 w przestrzeni, a tym samym przewidzieć jej orbitę w Drodze Mlecznej.
Co dało tej gwieździe kopa?
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 klasycznymi. Jeżeli biały karzeł zgromadzi zbyt dużo masy, może zapaść się i eksplodować jako supernowa.
W tego typu supernowej biały karzeł ulega całkowitemu zniszczeniu, więc jego towarzysz zostaje uwolniony i odlatuje z prędkością orbitalną, z jaką pierwotnie się poruszał, a także z niewielkim kopniakiem od eksplozji supernowej – powiedział Burgasser. Nasze obliczenia pokazują, że ten scenariusz działa. Jednak białego karła już tam nie ma, a pozostałości eksplozji, która prawdopodobnie miała miejsce kilka milionów lat temu, już się rozproszyły, więc nie mamy ostatecznego dowodu na to, że jest to jego źródło.
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 systemy okazują się być świetnymi katapultami dla wszelkich gwiazd, które znajdą się zbyt blisko nich.
Kiedy gwiazda napotyka podwójną czarną dziurę, złożona dynamika interakcji trzech ciał może wyrzucić ją z gromady kulistej – powiedział Kyle Kremer, adiunkt na Wydziale Astronomii i Astrofizyki UC San Diego.
Kremer przeprowadził serię symulacji i odkrył, że w rzadkich przypadkach tego rodzaju interakcje mogą wyrzucić podkarła o niskiej masie 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.
Aby rozwikłać zagadkę pochodzenia J1249+36, zespół badawczy planuje dokładniej przeanalizować skład pierwiastkowy tej gwiazdy. Burgasser wyjaśnia, że analiza ta może dostarczyć kluczowych informacji, które pomogą ustalić, czy któryś z rozważanych scenariuszy, lub być może inny, nieznany dotąd mechanizm, odpowiada za niezwykłą trajektorię J1249+36. Na przykład, eksplozja białego karła prowadzi do powstania ciężkich pierwiastków, które mogły „zanieczyścić” atmosferę J1249+36 podczas ucieczki. Ponadto, gwiazdy w gromadach kulistych i galaktykach satelitarnych Drogi Mlecznej charakteryzują się odmiennymi wzorcami obfitości pierwiastków, co może stanowić wskazówkę co do pochodzenia J1249+36.
Zasadniczo szukamy chemicznego odcisku palca, który wskazałby, z jakiego układu pochodzi ta gwiazda – powiedział Gerasimov, którego praca nad modelowaniem umożliwiła mu zmierzenie obfitości pierwiastków chemicznych chłodnych gwiazd w kilku gromadach kulistych.
Niezależnie od tego, czy szybka podróż J1249+36 była spowodowana supernową, przypadkowym spotkanie z podwójną czarną dziurą, 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:
