Nejrychlejší hvězdy v Mléčné dráze mohou být uprchlíky z jiné galaxie

Skupina astronomů ukázala, že nejrychleji se pohybující hvězdy v naší Galaxii – které doslova letí prostorem tak rychle, že mohou uniknout z Mléčné dráhy – jsou ve skutečnosti uprchlíky z mnohem menší galaxie kroužící kolem té naší. Výzkumníci z University of Cambridge použili data z průzkumu oblohy pod názvem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) spolu s počítačovými simulacemi a ukázali, že tito hvězdní „sprinteři“ mají původ ve Velkém Magellanově oblaku LMC (Large Magellanic Cloud), v trpasličí galaxii obíhající kolem Mléčné dráhy.

Tyto rychle se pohybující hvězdy označované jako hyperrychlé hvězdy (hypervelocity stars) byly schopné uniknout ze svého původního domova, když explodovala jedna hvězda v binárním systému, což mělo za následek, že druhá složka se začala pohybovat vysokou rychlostí dostačující k úniku z gravitačního pole LMC a pohroužit se mezi hvězdy naší Galaxie. Výsledky pozorování byly publikovány v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society a 5. července 2017 byly představeny na setkání astronomů na University of Hull.

Astronomové si nejprve mysleli, že hyperrychlé hvězdy, kterými jsou velké modré stálice, mohly být vyvrženy z centra naší Galaxie v důsledku přiblížení k superhmotné černé díře v jejím středu. Další scénář vyžadující rozpadající se trpasličí galaxii nebo chaotickou hvězdokupu může rovněž být příčinou vysoké rychlosti těchto hvězd, avšak všechny tři mechanismy selhávají ve vysvětlení, proč byly nalezeny pouze v určité části oblohy.

V současné době je známo zhruba 20 hyperrychlých hvězd, převážně na severní polokouli, ačkoliv je možné, že existuje skupina „sprinterů“, které lze pozorovat pouze na jižní polokouli. „Dřívější vysvětlení původu hyperrychlých hvězd mě nepřesvědčilo,“ říká Douglas Boubert, doktorand na Cambridge's Institute of Astronomy, hlavní autor článku. „Hyperrychlé hvězdy byly především objeveny v souhvězdích Lva a Sextantu – přemýšleli jsme o tom, proč tomu tak je.“

Pravděpodobné vysvětlení původu hyperrychlých hvězd spočívá v tom, že se jedná o uprchlíky z dvojhvězdných systémů. V těsných dvojhvězdách obíhá jedna hvězda kolem druhé. Pokud jedna hvězda exploduje jako supernova, může to vést k rozpadu binárního systému a druhá hvězda opustí svoji oběžnou dráhu. Unikající hvězda je označována jako uprchlík. Uprchlické hvězdy mající původ v naší Galaxii nemají dostatečnou rychlost, aby mohly být označovány jako hyperrychlé, protože modré hvězdy neobíhají dostatečně blízko středu Galaxie. Avšak rychle se pohybující galaxie může rychlost hvězdy zvýšit.

Velký Magellanův oblak LMC je největší a nejrychlejší z desítky trpasličích galaxií doprovázejících Mléčnou dráhu. Má pouze desetinu hmotnosti naší Galaxie, a tak nejrychlejší uprchlíci zrození v této trpasličí galaxii mohou snadno uniknout z její gravitace. LMC prolétává kolem naší Galaxie rychlostí 400 km/s, a podobně jako u kulky vystřelené z jedoucího vlaku, rychlost uprchlických hvězd je rychlost, kterou byly vyvrženy z galaxie, ke které je nutno připočítat rychlost pohybujícího se Magellanova oblaku. Výsledná rychlost těchto hvězd je pak dostatečně vysoká, aby se z nich staly hyperrychlé hvězdy. „To rovněž vysvětluje jejich pozici na obloze, protože rychlé uprchlické hvězdy byly vyvrženy po směru oběhu LMC kolem Mléčné dráhy, směrem do souhvězdí Lva a Sextantu,“ dodává Robb Izzard, spoluautor článku z Institute of Astronomy.

Astronomové použili kombinaci dat ze Sloan Digital Sky Survey a počítačových simulací k vypracování modelu, jak hyperrychlé hvězdy mohly uniknout z LMC a skončit v Mléčné dráze. Simulovali zrod a zánik hvězd v LMC v uplynulých dvou miliardách roků a zaznamenali každou uprchlickou hvězdu. Dráhy těchto hvězd po jejich vyvržení z LMC byly podrobeny další počítačové simulaci, která zahrnovala gravitaci LMC a naší Galaxie. To umožnilo vědcům předpovědět, kde na obloze můžeme očekávat, že objevíme uprchlické hvězdy z LMC.

„Jako první jsme uskutečnili simulaci vyvržení uprchlických hvězd z Velkého Magellanova oblaku – předpověděli jsme, že existuje asi 10 000 uprchlých hvězd rozptýlených napříč oblohou,“ říká Douglas Boubert. Polovina těchto předpověděných hvězd, které unikly z LMC, má dostatečnou rychlost k úniku z gravitačního pole naší Galaxie, což z nich dělá hyperrychlé hvězdy.

Hmotné modré hvězdy končí svůj život kolapsem na neutronovou hvězdu nebo černou díru po stovkách miliónů roků a uprchlické hvězdy nejsou jiné. Většina uprchlíků v provedených simulacích končí svůj život „za letu“ následně po vyvržení z nepravidelné galaxie LMC. Vzniklé neutronové hvězdy a černé díry tak nepozorovaně pokračují ve své cestě společně s 10 000 uprchlických hvězd. Astronomové rovněž předpokládají únik miliónu neutronových hvězd a černých děr křižujících prostor Mléčné dráhy.

„Brzy budeme vědět s dostatečnou přesností, zda máme pravdu,“ říká Douglas Boubert. „Družice Gaia, vypuštěná Evropskou kosmickou agenturou ESA, poskytne v příštím roce data o miliardách hvězd, z nichž některé se mohou pohybovat napříč oblohou mezi LMC na jižní polokouli a souhvězdími Lva a Sextantu na severní polokouli.“

Zdroj: http://www.cam.ac.uk/research/news/fastest-stars-in-the-milky-way-are-runaways-from-another-galaxy a https://phys.org/news/2017-07-fastest-stars-milky-runaways-galaxy.html

autor: František Martinek