Кредит: CC0 Public Domain
В хаотической среде рассеянных звездных скоплений сильные гравитационные взаимодействия между телами могут выбрасывать отдельные звезды далеко за пределы скопления, даже за пределы нашей галактики, Млечного Пути. Теперь исследователи впервые сопоставили несколько из этих звезд, существующих за пределами диска галактики, со скоплениями их происхождения, используя новые данные миссии Гайя Европейского космического агентства.
Исследователи из Университета Лихай представили результаты «Звездные тесты на отцовство: сопоставление высокоширотных звезд B с открытыми скоплениями их рождения» сегодня на пресс-конференции на 243-м собрании Американского астрономического общества (ААС) в Новом Орлеане.
«Прослеживая их во времени, чтобы увидеть, откуда они произошли, мы можем сопоставить 15 из них со звездными скоплениями, где они родились», — сказала М. Вирджиния (Джинни) МакСвейн, доцент кафедры физики в Университете Лихай. «Если мы сможем с высокой степенью уверенности сказать, откуда взялись некоторые из этих звезд, мы узнаем больше об истории звездных скоплений в Млечном Пути».
Большинству звезд за пределами тонкого диска Млечного Пути, который включает в себя спиральные рукава с более толстым диаметром в центре, возраст более восьми миллиардов лет, и они сформировались на ранних этапах истории галактики. Учитывая их преклонный возраст, неудивительно, что они уехали далеко от мест своего рождения.
Поскольку почти все звездообразование в нашей галактике происходит в тонком диске, горячие звезды B-типа редко встречаются за пределами этой области. Тем не менее, небольшое количество этих молодых звезд, возраст которых оценивается от 10 до 100 миллионов лет, обнаружено на больших высотах над и под диском и, вероятно, выброшено из скоплений, в которых они родились за последние несколько миллионов лет.
«Горячие звезды не часто покидают диск, поэтому, когда они это делают, они оказываются явно не на своем месте», — сказал Брэндон Швирс, студент Университета Лихай, который провел ключевое исследование по проекту. «Родительские» скопления, вероятно, выбросили большую часть этих звезд B-типа, когда тесные трех- или четырехчастные гравитационные взаимодействия вышвырнули члена скопления, заставив его убежать от плоскости Млечного Пути».
По словам Швирса, старшего специалиста по астрофизике, одна изученная звезда вылетела с особенно высокой скоростью, поэтому она могла быть выброшена во время вспышки сверхновой в тесной двойной звездной системе. Звезды можно даже выбросить, а затем отбросить назад и снова выбросить из рогатки.
Хотя эти «осиротевшие» звезды известны уже два десятилетия, ни одна из них ранее не была нанесена на карту места их происхождения, поскольку не было качественных данных, позволяющих проследить их происхождение. Однако с помощью данных миссии «Гайя» исследователи смогли расшифровать движение звезд с большей точностью, чем это было доступно ранее.
Использование траекторий для отслеживания времени вспять
Миссия Gaia, запущенная в 2013 году, направлена на исследование более одного миллиарда звезд Млечного Пути и создание точной трехмерной карты галактики. Данные включают в себя беспрецедентные измерения положения звезд и измерения лучевых скоростей для 150 миллионов самых ярких объектов.
Основываясь на данных Gaia, опубликованных в 2022 году, исследователи Лихай проследили кинематические траектории 95 высокоширотных B-звезд и около 1400 известных галактических рассеянных скоплений, чтобы определить моменты в прошлом, когда они могли пересекаться и мог произойти выброс.
«Используя их трехмерные положения и трехмерные скорости в космосе, мы смогли рассчитать траектории каждого скопления и высокоширотной звезды за последние 30 миллионов лет», — сказал МакСуэйн. Они использовали пакет Python galpy с открытым исходным кодом для анализа динамики галактики, чтобы смоделировать гравитационное поле галактики в каждой точке.
Как только они определили потенциальные совпадения, они сравнили цвет и яркость каждой выброшенной звезды с диаграммой Герцшпрунга-Рассела (HR), диаграммой цветовой величины, для каждого рассеянного скопления. В рассеянном скоплении обычно находятся тысячи звезд одного возраста и состава, находящихся на одном и том же расстоянии.
«Форма диаграммы HR в основном зависит от возраста скопления, поэтому мы можем сказать, имеет ли выброшенная звезда тот же возраст, что и ее потенциальные братья и сестры по скоплению», — сказал МакСвейн. Применение HR-теста еще больше сузило список потенциальных совпадений.
Наконец, они проанализировали плотность ядра каждого кластера, который мог совпасть. Скопления с более высокой плотностью имеют более сильные гравитационные взаимодействия между членами, что дает им наибольший потенциал для выброса звезд.
Тест на отцовство оказался положительным
Объединив эти инструменты, исследователи подтвердили положительное совпадение отцовства у 15 звезд-сирот. Это галактическое генеалогическое отслеживание и подсказало Швирсу идею названия презентации.
«Когда я дошел до стадии сравнения цвета и яркости потенциальных совпадений и отброса тех, которые показали плохую корреляцию на диаграммах HR, у меня возникло ощущение, будто я сравниваю «ДНК» осиротевших звезд и их потенциальных братьев и сестер», — сказал Швирс, напомнив ему о «Шоу Мори Повича».
«Думаю, все слышали поговорку: «Ты не отец», пришедшую из этого шоу. Для многих из этих скоплений я, по сути, говорил им, что они не являются родителями этих осиротевших звезд, поэтому я придумал название «Звездные тесты на отцовство», — сказал он.
Основываясь на своих расчетах траектории, исследователи полагают, что выбросы произошли примерно от 5 до 30 миллионов лет назад, «отбрасывая заброшенные звезды через Млечный Путь со скоростью 30–220 километров в секунду (67 000–490 000 миль в час) к их нынешнему местоположению. ,» они написали. «Наши результаты позволяют измерить возраст выброса каждой осиротевшей звезды, давая новое понимание относительной важности динамического выброса сверхновых по сравнению с выбросом сверхновых в молодых рассеянных скоплениях».
Хотя им удалось сопоставить ряд далеких звезд, некоторые из них не удалось с большой долей вероятности проследить до диска Млечного Пути, что может служить доказательством других необычных сценариев, добавили они. Это могут быть редкие звездообразования в молекулярных облаках высоко за пределами диска или реликты прошлых карликовых галактик, которые в прошлом слились с Млечным Путем.
Студент-астрофизик Кристофер Дж. Авилес Брамер, окончивший обучение в 2022 году, внес свой вклад в исследовательский проект.
Информация от: Университетом Лихай
