Представление художника о гипотетической двойной паре белых карликов J1249+36, которая заканчивается взрывом сверхновой звезды (слева), отправляющей ее спутника-субкарлика L в полет через Млечный Путь. Фото предоставлено: Обсерватория В.М. Кека/Адам Макаренко.
Может показаться, что Солнце стоит на месте, в то время как планеты движутся по его орбите, но на самом деле Солнце вращается вокруг Млечного Пути с впечатляющей скоростью около 220 километров в секунду — почти полмиллиона миль в час.
Каким бы быстрым это ни казалось, ученые обратили внимание, когда была обнаружена слабая красная звезда, движущаяся по небу еще быстрее — со скоростью около 600 километров в секунду.
Эта редкая звезда является первой «сверхскоростной звездой» с очень малой массой, открытой благодаря усилиям гражданских ученых и группы астрономов со всей страны с использованием нескольких телескопов, в том числе двух на Гавайях — обсерватории В.М. Кека на Маунакеа, остров Гавайи и Pan-STARRS Института астрономии Гавайского университета на Халеакале, Мауи. Расположенная всего в 400 световых годах от Земли, это самая близкая известная нам гиперскоростная звезда.
Еще более примечательно то, что эта звезда может двигаться по необычной траектории, из-за которой она может полностью покинуть Млечный Путь.
Исследование, проведенное под руководством Адама Бургассера, профессора астрономии и астрофизики Калифорнийского университета (Калифорнийский университет) в Сан-Диего, недавно было принято к публикации в The Astrophysical Journal Letters и доступно в формате препринта на arXiv.
Звезда, получившая название CWISE J124909+362116.0 (или для краткости «J1249+36»), была впервые обнаружена некоторыми из более чем 80 000 гражданских ученых-добровольцев, участвовавших в проекте Backyard Worlds: Planet 9, проанализировав огромные объемы данных, хранящихся в данные, собранные миссией НАСА Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) за последние 14 лет.
Этот проект использует отличительные способности людей, которые эволюционно запрограммированы на поиск закономерностей и обнаружение аномалий, способом, не имеющим аналогов в компьютерных технологиях. Добровольцы отмечают движущиеся объекты в файлах данных, и когда достаточное количество добровольцев отметило тот же объект, астрономы изучают его.
J1249+36 был сразу заметен, поскольку он двигался со скоростью около 0,1% скорости света.
«Именно здесь источник стал очень интересным, потому что его скорость и траектория показали, что он двигался достаточно быстро, чтобы, возможно, покинуть Млечный Путь», — говорит Бургассер.
Чтобы лучше понять природу этого объекта, Бургассер обратился к спектрографу Эшеллетт ближнего инфракрасного диапазона обсерватории Кека (NIRES) и измерил его инфракрасный спектр. Данные показали, что объект был субкарликом L — классом звезд с очень малой массой и более низкими температурами, чем у нашего Солнца. Субкарлики — самые старые звезды Млечного Пути.
Команда сравнила данные обсерватории Кека о составе J1249+36 с новым набором атмосферных моделей, созданных Романом Герасимовым, аспирантом Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он работал с ученым из UC LEADS Эфраином Альварадо III над разработкой моделей, специально предназначенных для изучения L-субкарликов.
«Было интересно увидеть, что наши модели смогли точно представить спектр, полученный с помощью NIRES Кека», — говорит Альварадо.
Спектральные данные, а также данные изображений Pan-STARRS и нескольких других наземных телескопов позволили команде точно измерить положение и скорость J1249+36 в космосе, тем самым предсказав его орбиту через Млечный Путь.
Что дало этой звезде толчок?
Чтобы объяснить необычную траекторию J1249+36, исследователи сосредоточились на двух возможных сценариях.
В первом сценарии J1249+36 изначально был маломассивным спутником белого карлика. Белые карлики — это оставшиеся ядра звезд, ядерное топливо которых израсходовано и которые вымерли. Если звездный компаньон находится на очень близкой орбите вокруг белого карлика, он может передавать массу, вызывая периодические вспышки, называемые новыми. Если белый карлик накопит слишком много массы, он может разрушиться и взорваться как сверхновая.
«В этом типе сверхновой белый карлик полностью уничтожается, поэтому его спутник высвобождается и улетает с исходной орбитальной скоростью плюс небольшой импульс от взрыва сверхновой», — говорит Бургассер.
«Наши расчеты показывают, что этот сценарий работает. Однако белого карлика больше нет, а остатки взрыва, который, вероятно, произошел несколько миллионов лет назад, уже рассеялись, поэтому у нас нет окончательных доказательств того, что именно таково его происхождение. «
Во втором сценарии J1249+36 изначально был членом шарового скопления, тесно связанного набора звезд, который сразу можно узнать по отчетливой сферической форме. Предполагается, что в центрах этих скоплений находятся черные дыры с самыми разными массами. Эти черные дыры также могут образовывать двойные звезды, и такие системы оказываются отличными катапультами для звезд, которые подходят к ним слишком близко.
Сценарий 2 сверхбыстрых звезд_Черные дыры. Фото предоставлено: Обсерватория В.М. Кека.
«Когда звезда сталкивается с двойной системой черных дыр, сложная динамика этого трехчастичного взаимодействия может выбросить звезду прямо из шарового скопления», — говорит Кайл Кремер, новый доцент кафедры астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Кремер провел серию симуляций и обнаружил, что такие типы взаимодействий в редких случаях могут привести к выбросу маломассивного субкарлика из шарового скопления по траектории, аналогичной той, которая наблюдалась для J1249+36.
«Это подтверждение концепции, — говорит Кремер, — но мы на самом деле не знаем, из какого шарового скопления произошла эта звезда». Прослеживая J1249+36 в прошлое, мы обнаруживаем, что он находится в очень густонаселенной части неба, где все еще могут скрываться неоткрытые звездные скопления.
По словам Бургассера, чтобы определить, может ли один из этих сценариев или другой механизм объяснить траекторию J1249+36, команда надеется более подробно изучить его элементный состав. Например, когда белый карлик взрывается, он производит тяжелые элементы, которые могли «загрязнить» атмосферу J1249+36 при его побеге. Звезды в шаровых скоплениях и галактиках-спутниках Млечного Пути также имеют разные закономерности содержания элементов, которые могут раскрыть происхождение J1249+36.
«По сути, мы ищем химический отпечаток пальца, который мог бы точно определить, из какой системы произошла эта звезда», — сказал Герасимов, чья работа по моделированию позволила ему измерить содержание элементов в холодных звездах в нескольких шаровых скоплениях.
Независимо от того, вызвано ли быстрое путешествие J1249+36 сверхновой, случайной встречей с двойной звездой черной дыры или каким-либо другим сценарием, ее открытие предлагает астрономам новую возможность узнать больше об истории и динамике Млечного Пути.
Информация от: обсерваторией В. М. Кека.
