Kunstnerillustrasjon av et galaktisk eksil. Bildekreditt: CfA. Klikk for å forstørre.
Hør på intervjuet: Galactic Exiles (6,2 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Hva er en podcast?
Fraser Cain: Kan du fortelle meg om stjernene du har observert og hvordan de har blitt kastet ut av galaksen vår?
Dr. Warren Brown: Det vi oppdaget er to stjerner i de fjerntliggende områdene av Melkeveien som reiser med hastigheter som ingen noen gang virkelig har sett stjerner i galaksen vår, i det minste stjerner utenfor det galaktiske sentrum. Bortsett fra at disse stjernene er hundretusenvis av lysår unna det galaktiske sentrum. Og allikevel er den eneste sannsynlige forklaringen på hastigheten deres at de ble kastet ut av det supermassive sorte hullet i sentrum av galaksen.
Fraser: Så de forvillet seg for nær det supermassive sorte hullet og ble slags sparket ut?
Brown: Ja, så her er bildet. Dette scenariet krever tre kropper, og astronomer sier at den mest sannsynlige måten det skjedde er hvis du har et par stjerner. Som du kanskje vet, er noe som halvparten av stjernene på himmelen faktisk systemer som inneholder et par, eller noen ganger flere stjerner. Og så hvis du har et tett bundet par stjerner som av en eller annen grunn reiser for nær det supermassive sorte hullet, på et eller annet tidspunkt vil det svarte hullets tyngdekraft overstige den bindende energien mellom stjerneparet og rive en av disse stjernene bort . Den vil fange den ene stjernen, men den andre stjernen forlater systemet med parets orbitalergi. Og det er slik du får dette ekstra løftet av hastighet. Det er at det supermassive sorte hullet i utgangspunktet er i stand til å binde den ene stjernen, fange den og la den andre ligge med hele mengden energi som paret pleide å ha. Og den stjernen blir deretter kastet rett ut av galaksen.
Fraser: Så hvis en vanlig, enkel stjerne kom for nær, ville den ikke ha energi til å bli kastet ut. Jeg tror jeg har sett noen simuleringer der stjernen kommer for nær det svarte hullet og slags endrer retningen på bane, men den fortsetter fortsatt å gå i bane rundt det.
Brown: Jada, du kan tenke deg at det er som et romfartøy som blir sprettert rundt Jupiter eller noe. Du kan forestille deg at du kanskje endrer bane og får litt fart. Men det er ingen mekanisme i galaksen for å få så mye fart for noe som er massen til en 3-4 solmassestjerne. Det krever tre-kropps interaksjon for å skape hastigheten vi ser. Og det vi observerer er deres bevegelse i forhold til oss. De beveger seg bort fra oss med en hastighet på omtrent 1-1,5 millioner kilometer i timen.
Fraser: Hvor fort ville stjernene gått da de kom inn for å møte oppbruddet sitt?
Brown: Jeg vet ikke helt sikkert. Sannsynligvis noe 10 ganger det, rett før det øyeblikket når de svinger forbi det sorte hullet. Når du forlater det tyngdekraftspotensialet i det sorte hullet, bremser de selvfølgelig ganske plutselig. Deres endelige rømningshastighet er det vi observerer nå; det er i størrelsesorden en million miles i timen. Og det er godt over det dobbelte av hastigheten du trenger for å unnslippe galaksen helt. Disse stjernene er virkelig eksil. De blir utstøtt fra galaksen, og de kommer aldri tilbake.
Fraser: Og en stjerne blir sparket ut. Hva skjer med den andre stjernen?
Brown: Det er et interessant spørsmål. Det er faktisk en teoridokument som noen teoretikere har skrevet som antydet at disse stjernene i veldig lange elliptiske baner rundt det sentrale massive sorte hullet kan være de tidligere følgesvennene til disse såkalte hypervelocity-stjernene som vi har oppdaget. Og det er den bane du forventer. Med mindre stjernen er så uheldig at den faller rett inn i det sorte hullet, hvis den bare går glipp av litt, vil den bare svinge seg rundt og deretter være på en veldig lang elliptisk bane rundt det sentrale massive hullet.
Fraser: Og hvor oppsto paret? Er dette en skjebne som kan påvirke noen binære stjerner i nærheten?
Brown: Vel, det kommer faktisk til det større bildet. Det galaktiske sentrum er et interessant sted. Den har mange unge stjerner. Tre av de yngste massive stjerneklyngene oppdaget i galaksen kommer fra rett i nærheten av det galaktiske sentrum. Og de inneholder noen av de mest massive stjernene i galaksen. Så det er mange unge stjerner som kretser rundt der nede. Spørsmålet er, hvordan får du en stjerne til å finpusse sin bane slik at den skyter rett mot det supermassive sorte hullet, i stedet for bare å kretsa rundt den, som jorden som kretser rundt solen. Og det er et åpent spørsmål. Og en ting som disse hypervelocity-stjernene vi har oppdaget, begynner å gi oss hint om kanskje hvordan den mekanismen fungerer. Fordi for eksempel en idé er at med disse stjerneklyngene vi har observert. Kanskje ved dynamisk friksjon, når de møter andre stjerner, kan de synke sakte ned mot det galaktiske sentrum der det er det sorte hullet. Og det som skulle skje, du kunne tenke deg at det plutselig var en hel haug med stjerner rett ved det enorme sorte hullet. Du kan få et utbrudd av disse hypervelocity-stjernene. Det er alle slags stjerner å kaste ut. Og likevel har stjernene som vi observerer forskjellige reisetider fra det galaktiske sentrum. Dette er bare suggererende, men allerede nå begynner vi å kunne si noe om historien til stjerner som interagerer med det supermassive sorte hullet. Og det som ser ut så langt, er at det ikke er holdepunkter for at stjerneklynger faller inn i det galaktiske sentrum.
Fraser: Det kan være et slags transportbånd som stjerner blir født og så synker de sakte ned og så blir de sparket ut når de kommer for nær.
Brown: Ja, det er en slags ide. For at transportbåndet skal fungere, trenger du et slags massivt sted som en stjerneklynge for at transportøren skal fungere. For å kunne synke noe ned mot det massive svarte hullet. Ettersom en massiv gjenstand møter mange massive gjenstander, viser det seg at de mindre massive objektene vil ha en tendens til å gi fra seg litt mer energi. Ettersom den massive gjenstanden, i dette tilfellet en stjerneklynge, mister energi, forløper bane hans og den kommer nær det galaktiske sentrum.
Fraser: Med det få antall stjerner du har funnet, og det store antallet stjerner i galaksen, må det ha vært en ganske vanskelig jobb å spore disse karene. Hva var metoden du brukte?
Brown: Ja, det er faktisk et av de spennende resultatene fra denne tiden. Den første oppdagelsen, for et år siden, etter den første hypervelocity-stjernen, var det noe av en serendipittøs oppdagelse. Og denne gangen lette vi aktivt etter dem. Og trikset var at disse tingene burde være veldig sjeldne. Teoretikere anslår at det kanskje er tusen av disse stjernene i hele galaksen. Og galaksen inneholder over 100 milliarder stjerner. Så vi måtte se på en måte som ga oss en ganske god sjanse til å finne flere av dem. Og strategien vår var todelt. Den ene er at utkanten av Melkeveien inneholder stort sett gamle, dvergstjerner. Stjerner som solen, eller mindre stjerner som er røde. Det er ingen unge, blå massive stjerner, og det er den typen stjerne som vi bestemte oss for å se etter; stjerner som er unge og lysende slik at vi kan se dem langt borte, men hvor det ikke skal være disse stjernene sånn i utkanten av galaksen. Og den andre delen av strategien var å se etter svake stjerner. Jo lenger ut du går, jo mindre bakgrunnsgalaksjestjerner må du kjempe med. Og desto mer sannsynlig vil du komme over disse hypervelocity-stjernene, i motsetning til en annen stjerne som bare kretser rundt galaksen.
Fraser: Og hva er metoden du bruker for å fortelle hvor fort stjernen beveger seg?
Brown: Til det måtte vi ta et spekter av stjernen. Ved å bruke 6,5 MMT-teleskopet i Arizona, pekte vi stjernen mot en av kandidatstjernene våre, og vi tar lyset fra den stjernen, og vi legger den inn i et regnbuespektrum og tar et bilde av det spekteret. Og elementene i den fantastiske atmosfæren fungerer som et fingeravtrykk. Du kan se absorpsjonslinjer på grunn av hydrogen og helium og andre elementer. Og det var ved å bruke bevegelsene, Doppler-skiftene - i dette tilfellet de røde skiftene - av disse bølgelengdene fortalte oss hvor fort stjernene beveget seg bort fra oss. Og de fleste av stjernene i vårt utvalg var normale galakestjerner; de beveget seg ganske sakte hastigheter, og da reiste to av disse ganske raskt, og det er de to som vi kunngjorde akkurat nå.
Fraser: Og hva tror du dette forteller oss om dannelsen av stjerner, eller sentrum av galaksen, eller ...
Brown: Det er faktisk en interessant del av historien denne gangen. Nå som vi faktisk har et utvalg av disse, dette er virkelig en ny klasse av objekter, disse hypervelocity-stjernene, kan vi begynne å si noe om hvor de kommer fra, som er det galaktiske sentrum. Disse stjernene er unike for å fortelle oss historien om hva som har skjedd i det galaktiske senteret. Reisetidene deres forteller oss noe om historien, hva som har skjedd, men også hva slags stjerner vi ser. I dette tilfellet er disse unge, blå stjernene - disse 3-4 solmassestjernene - som astronomene kaller dem stjerner av B-type. At vi har sett to i undersøkelsesregionen vår, som vi har utført for omtrent 5% av himmelen, stemmer overens med den gjennomsnittlige fordelingen av stjerner du ville sett i galaksen. Men uoverensstemmende med hva mange av disse stjerneklyngene du ser i det galaktiske sentrum. Så bare faktum for den typen stjerner du ser begynner å fortelle oss om befolkningen i det som er skutt ut av galaksen. I dette tilfellet ser det ikke ut som om det er disse supermassive klyngene av stjerner, men heller din gjennomsnittlige stjerne som vandrer gjennom galaksen.
Fraser: Og hvis du hadde et slags super Hubble-teleskop til disposisjon, hva ville du se etter?
Brown: Å, vi vil se etter bevegelsen til disse stjernene på himmelen. Så alt vi vet om deres minste hastighet. Det eneste vi kan måle er hastigheten deres i siktlinjen i forhold til oss. Det vi ikke vet, er det hastighet i himmelplanet, den såkalte ordentlig bevegelse. Det er mulig å gjøre det med Hubble, hvis du har 3-5 års baselinjer for å se disse stjernene bevege seg. Det skal være en veldig liten bevegelse. Hvis du hadde en super Hubble, kan du kanskje se den om et år. Så det ville være veldig interessant å vite. Ikke bare vil det fortelle deg med sikkerhet at disse virkelig kommer fra det galaktiske sentrum, og ikke fra et annet sted, men også deres bane. Hvis du visste nøyaktig hvordan de beveger seg, forteller ethvert avvik fra en rett linje fra det galaktiske senteret deg om hvordan tyngdekraften til galaksen har påvirket banen deres over tid. Og det er også veldig interessant å vite.
Fraser: Helt riktig, så det ville hjelpe med å plotte ut fordelingen av mørk materie.
Brown: Akkurat, nøyaktig. Så astronomer utlede tilstedeværelsen av mørk materie. Vi ser stjerner som går i bane rundt galaksen raskere enn de burde være bare fordi det ser ut til å være masse som vi ikke kan gjøre rede for for å holde dem i banene sine. Og denne mørke saken, det er vanskelig å få tak i hvordan den er fordelt rundt galaksen. Men disse stjernene er allerede i utkanten av galaksen, og når de passerer gjennom den, blir denne forstyrrelsen, dette tyngdekraften av mørk materie når disse tingene beveger seg gjennom galaksen sakte opp når de går. Så de måler faktisk fordelingen av denne mørke saken, bare på banene deres. Så hvis du kan måle bevegelsen deres, av et utvalg av stjerner, begynner det faktisk å gi deg et tak på hvordan den mørke materien er fordelt rundt galaksen.
