Ілюстрація художника галактичного заслання. Кредит зображення: CfA. Натисніть, щоб збільшити
Слухайте інтерв'ю: Галактичні вигнанці (6,2 МБ)
Або підпишіться на Podcast: universetoday.com/audio.xml
Що таке подкаст?
Фрейзер Каїн: Чи можете ви розповісти мені про зірок, яких ви спостерігали, і як їх вигнали з нашої галактики?
Доктор Уоррен Браун: Ми виявили, що це дві зірки в далеких районах Чумацького Шляху, які подорожують зі швидкістю, яку ніхто ніколи насправді не бачив зірок у нашій галактиці, принаймні, зірок поза центром галактики. За винятком того, що ці зірки знаходяться за сотнями тисяч світлових років від галактичного центру. І все-таки єдине правдоподібне пояснення їх швидкості полягає в тому, що їх викинула надмасивна чорна діра в центрі галактики.
Фрейзер: Значить, вони забилися занадто близько до надмасивної чорної діри і їх начебто вигнали?
Браун: Так, ось ось ця картинка. Цей сценарій вимагає трьох тіл, і астрономи кажуть, що найімовірніший спосіб цього стався, якщо у вас є пара зірок. Як вам може бути відомо, щось на зразок половини зірок на небі - це фактично системи, що містять пару, а іноді й більше зірок. І тому якщо у вас є щільно зв'язана пара зірок, які чомусь подорожують занадто близько до надмасивної чорної діри, в якийсь момент сила тяжіння чорної діри перевищить енергію зв’язку між парою зірок і вирве одну з цих зірок . Він захопить одну зірку, але інша зірка потім покине систему з орбітальною енергією пари. І саме так ви отримуєте додатковий приріст швидкості. Справа в тому, що надмасивна чорна діра в основному здатна розв'язати одну зірку, захопити її та залишити другу з усією кількістю енергії, яку мала пара. І ця зірка потім викидається прямо з галактики.
Фрейзер: Тоді якби звичайна одиночна зірка підійшла занадто близько, вона не мала б енергії викидатись. Я думаю, що я бачив деякі симуляції, коли зірка наближається до чорної діри і змінює напрямок своєї орбіти, але вона все ще продовжує орбіту навколо.
Браун: Звичайно, ви можете собі уявити, що це як космічний корабель, який робить рогатку навколо Юпітера або щось подібне. Ви можете собі уявити, що ви, можливо, змінюєте траєкторію і набираєте деяку швидкість. Але в галактиці немає механізму, щоб досягти такої великої швидкості для чогось, що становить масу 3-4 зірки сонячної маси. Для цього потрібна взаємодія трьох тіл для створення швидкості, яку ми бачимо. І те, що ми спостерігаємо, - це їх рух по відношенню до нас. Вони віддаляються від нас зі швидкістю близько 1-1,5 мільйона миль на годину.
Фрейзер: Наскільки швидко зірвали б зірки, коли вони прийшли зустріти свій розпад?
Браун: Я не знаю точно. Можливо, щось у 10 разів раніше, ніж до того моменту, коли вони пройдуть повз чорну діру. Звичайно, коли ви залишаєте цей гравітаційний потенціал колодязя чорної діри, вони сповільнюються досить раптово. Їх кінцева швидкість втечі - це те, що ми спостерігаємо зараз; це близько мільйона миль на годину. І це набагато вдвічі швидше, що вам потрібно взагалі вийти з нашої галактики. Ці зірки справді є вигнанцями. Вони вигнані з галактики, і вони ніколи не повернуться.
Фрейзер: І одну зірку виганяють. Що відбувається з іншою зіркою?
Браун: Це цікаве питання. Насправді є теоретичний документ, який написали деякі теоретики, які припускали, що ці зірки на дуже довгих еліптичних орбітах навколо центральної масивної чорної діри можуть бути колишніми супутниками цих так званих зірок гіпервелліту, яких ми виявили. І це така орбіта, яку ви очікували. Якщо зірка настільки не пощастить, щоб потрапити прямо в чорну діру, якщо вона пропустить трохи, вона просто розгойдується навколо, а потім буде на дуже довгій еліптичній орбіті навколо центральної масивної чорної діри.
Фрейзер: А звідки виникла пара? Це доля, яка може торкнутися деяких сусідніх бінарних зірок?
Браун: Ну, це насправді доходить до ширшої картини. Галактичний центр - цікаве місце. У ньому багато молодих зірок. Три наймолодші масивні зіркові скупчення, виявлені в галактиці, походять прямо біля галактичного центру. І вони містять одні з наймасовіших зірок у галактиці. Так що навколо там навколо орбіти багато молодих зірок Питання полягає в тому, як змусити зірку налаштувати її орбіту, щоб вона стріляла прямо до надмасивної чорної діри, а не просто оберталася навколо неї, як Земля, яка обертається навколо Сонця. І це питання відкрите. І одне, що ці зірки, які ми виявили, вони починають давати нам підказки про те, як працює цей механізм. Тому що, наприклад, одна ідея полягає в тому, що з цими зірками ми спостерігали. Можливо, завдяки динамічному тертю, коли вони стикаються з іншими зірками, вони можуть повільно опускатися вниз до галактичного центру, де є чорна діра. І щоб це мало статися, ви могли собі уявити, що раптом біля цієї масивної чорної діри з’явилася ціла купа зірок. Ви можете отримати сплеск цих зірок гіпервегета. Є всілякі зірки, які викидаються. І все-таки зірки, яких ми спостерігаємо, мають різні часи подорожей від галактичного центру. Це лише напрошується, але ми вже починаємо говорити про історію зірок, що взаємодіють із надмасивною чорною дірою. А що з'являється поки що, немає жодних доказів того, що зіркові скупчення потрапляють у галактичний центр.
Фрейзер: Може бути якийсь конвеєр, що зірки народжуються, а потім вони повільно опускаються вниз, а потім їх виганяють, коли вони занадто близько наближаються.
Браун: Так, це така собі одна ідея. Щоб цей конвеєр працював, для роботи цього конвеєра вам потрібно якесь масивне місце, як зіркове скупчення. Щоб можна було щось потопити до масивної чорної діри. Оскільки масивний об’єкт стикається з великою кількістю масивних предметів, виявляється, що менш масивні об'єкти, як правило, виділять трохи більше енергії. Оскільки масивний об’єкт, в цьому випадку зіркове скупчення, втрачає енергію, його орбіта розпадається і він наближається до центру галактики.
Фрейзер: З малою кількістю зірок, яку ви знайшли, і великою кількістю зірок у галактиці, слід було вистежити цих хлопців, мабуть, досить складно. Який метод ви використовували?
Браун: Так, це насправді один із захоплюючих результатів цього часу. Перше відкриття, рік тому, після першої зірки гіпервеселі, було чимось нападним відкриттям. І цього разу ми їх активно шукали. І хитрість полягала в тому, що такі речі повинні бути дуже рідкісними. Теоретики підрахували, що у цілій галактиці може бути тисяча цих зірок. А галактика містить понад 100 мільярдів зірок. Тож нам довелося дивитись таким чином, що дало нам досить хороший шанс знайти їх більше. І наша стратегія була двоякою. Одне полягає в тому, що на околицях Чумацького Шляху містяться переважно старі карликові зірки. Зірки, як Сонце, або менше зірок, які червоні. Немає молодих синіх масивних зірок, і саме таку зірку ми вирішили шукати; зірки, молоді та світяться, щоб ми могли їх бачити далеко, але там, де не повинно бути таких зірок на околицях галактики. А інша частина стратегії полягала в пошуку слабких зірок. Чим далі ви йдете, тим менше фонових зірок галактик, з якими вам доведеться боротися. І тим більше шансів, що ви зіткнетесь із цими зірками надвеликої забудови, на відміну від іншої зірки, яка просто обертається навколо галактики.
Фрейзер: А який метод ви використовуєте, щоб фактично сказати, наскільки швидко рухається зірка?
Браун: Для цього нам довелося взяти спектр зірки. Використовуючи телескоп 6,5 ММТ в Арізоні, ми вказали зірку на одну з наших зірок-кандидатів, і ми відбираємо світло від цієї зірки, і ми вкладаємо її в спектр веселки і робимо знімок цього спектра. А елементи в зоряній атмосфері служать відбитками пальців. Ви можете бачити лінії поглинання за рахунок водню та гелію та інших елементів. І за допомогою рухів доплерівські зсуви - в даному випадку червоні зсуви - тих довжин хвиль розповідали нам, як швидко зорі віддаляються від нас. І більшість зірок у нашому зразку були нормальними зірками галактик; вони рухалися досить повільною швидкістю, і тоді два з них, мабуть, їхали досить швидко, і це те, про що ми оголосили саме зараз.
Фрейзер: А як ти думаєш, це говорить нам про утворення зірок, або центр галактики, або ...
Браун: Ну, це насправді цікава частина історії цього разу. Тепер, коли ми насправді маємо їх зразок, це справді новий клас об’єктів, ці зірки гіпервегета, ми можемо почати щось говорити про те, звідки вони походять, який є галактичним центром. Ці зірки унікально підходять для того, щоб розповісти нам історію про те, що відбувається в галактичному центрі. Їхні часи подорожей говорять нам про історію, що відбувається, а також про види зірок, які ми бачимо. У цьому випадку ці молоді блакитні зірки - ці 3-4 зірки сонячної маси - які астрономи називають їх зірками типу B. Той факт, що ми побачили двох у нашому регіоні опитування, які ми провели близько 5% неба, відповідає середньому розподілу зірок, які ви бачите в галактиці. Але всупереч тому, що багато цих зірок скупчуються в галактичному центрі. Тож саме факт типу зірок, який ви бачите, починає розповідати нам про популяцію того, що було вистрілено з галактики. У цьому випадку це виглядає не як це надмасивні скупчення зірок, а скоріше ваша середня зірка, яка блукає по галактиці.
Фрейзер: А якби у вас був якийсь супер телескоп Хаббла, що б ви хотіли шукати?
Браун: О, ми б хотіли шукати рух цих зірок на небі. Тож ми всі знаємо, чи їх мінімальна швидкість. Єдине, що ми можемо виміряти - це їх швидкість у прямій зорі відносно нас. Ми не знаємо, чи є швидкість в площині неба, так званий власний рух. Це можна зробити з Хабблом, якщо у вас є 3-5-річні базові лінії, з якими можна побачити, як рухаються ці зірки. Це повинен бути дуже невеликий рух. Якби у вас був супер Хаббл, можливо, ви могли б його побачити через рік. Тож це було б дуже цікаво знати. Мало того, що точно вам скаже, що вони дійсно походять з галактичного центру, а не з якогось іншого місця, але й їх траєкторій. Якщо ви точно знали, як вони рухаються, будь-яке відхилення від прямої лінії від центру галактики говорить вам про те, як сила тяжіння галактики впливала на їх траєкторію з часом. І це теж дуже цікаво знати.
Фрейзер: Правильно, так що це допомогло б побудувати розподіл темної речовини.
Браун: Точно, точно. Так астрономи визначають наявність темної речовини. Ми бачимо, що зірки кружляють навколо галактики швидше, ніж вони повинні бути, тільки тому, що, здається, існує маса, яку ми не можемо пояснити, як утримувати їх на своїх орбітах. І ця темна матерія важко зрозуміти, як вона розподіляється по галактиці. Але ці зірки вже на околицях галактики, і, коли вони проходять через неї, це збурення, це гравітаційне тягнення темної матерії, коли ці речі подорожують по галактиці, повільно збільшується, коли вони йдуть. Таким чином, вони насправді вимірюють розподіл цієї темної речовини просто на своїх орбітах. Отже, якщо ви могли виміряти їхній рух зразка зірок, він насправді починає давати вам зрозуміти, як темна речовина розподіляється навколо галактики.
