„Žvaigždės-pabėgėlės“: kaip ir kur susidaro hipergreitosios žvaigždės

Žvaigždės vadinamos hipergreitomis, o pastaraisiais metais jų atrandama pakankamai daug, kad galėtume patikrinti atsiradimo hipotezes.

Modeliai, kaip žvaigždės gali pasiekti tokius milžiniškus greičius, yra du. Pirmasis teigia, kad žvaigždės yra išmetamos iš galaktikos centro, kai dvinarė žvaigždė priartėja per arti centrinės supermasyvios juodosios skylės. Tada dvinarė suardoma, viena jos narė lieka sukti aplink juodąją skylę, o kita gali išlėkti labai dideliu greičiu tolyn.

Antrasis, mažiau populiarus, modelis teigia, kad supernovų sprogimai dvinarėse žvaigždėse irgi gali paskleisti greitas žvaigždes po galaktiką ir už jos ribų.

Abiem atvejais, jeigu dvinarės žvaigždės pasiskirsčiusios galaktikoje kažkaip netolygiai, hipergreitųjų žvaigždžių pasiskirstymas irgi bus netolygus. Pavyzdžiui, jei dvinarės žvaigždės skrieja diske prie centrinės juodosios skylės, tai disko konfigūraciją išlaiko ir hipergreitosios žvaigždės.

Gal atkreipėte dėmesį, kad ankstesnėje pastraipoje žodį „galaktika“ rašiau mažąja raide. Astronomijoje galioja toks sutarimas, kad mūsų Galaktika, Paukščių Takas, rašoma didžiąja, o kitos ar tiesiog bendrinės, pavyzdžiui sumodeliuotos skaitmeniškai – mažąja.

Iki šiol apie hipergreitąsias žvaigždes buvo kalbama tik mūsų Galaktikos kontekste, ir jų atsiradimo modeliai suformuoti irgi nagrinėjant tik aplink Paukščių Taką matomas pabėgėles. Bet dabar pristatyti nauji skaičiavimai, susiję su gretimos galaktikos – Didžiojo Magelano debesies – hipergreitosiomis žvaigždėmis.

Maža to, šie skaičiavimai gali leisti patikrinti, ar toje galaktikoje yra centrinė supermasyvi juodoji skylė. Skaičiavimams naudojamas tas pats hipergreitųjų žvaigždžių atsiradimo modelis, kaip ir Paukščių Takui. Dvinarė žvaigždė galaktikos centrinėje dalyje priartėja prie supermasyvios juodosios skylės.

Skylės gravitacija, veikianti abi žvaigždes, yra šiek tiek skirtinga. Kai skirtumas tampa didesnis už pačias žvaigždes tarpusavyje laikančią gravitaciją, dvinarė žvaigždė išyra – tai vadinama potvyniniu suardymu. Tuo metu viena dvinarės žvaigždės komponentė pradeda skrieti orbita aplink juodąją skylę, o kita yra išsviedžiama tolyn.

Išsviestosios žvaigždės greitis gali siekti net ir kelis tūkstančius kilometrų per sekundę – gerokai daugiau nei, pavyzdžiui, 500 km/s, reikalingi pabėgti iš Paukščių Tako. Tiksli greičio vertė priklauso nuo daugybės parametrų, pavyzdžiui dvinarės žvaigždės orbitos ir visų trijų sąveikoje dalyvaujančių komponenčių – juodosios skylės bei dviejų žvaigždžių – masių.

Kokia yra situacija Magelano debesyje?

Pabėgimui iš šios galaktikos užtenka 200 kilometrų per sekundę greičio. Juodosios skylės, esančios jos centre, masė nežinoma – netgi nežinome, ar ten juodoji skylė yra – bet panašios masės galaktikose juodųjų skylių masės siekia apie 200 tūkstančių Saulės masių.

Taip pat svarbu įvertinti, kad Magelano debesis juda aplink Paukščių Taką orbita, o jo judėjimo greitis Galaktikos centro atžvilgiu yra apie 270 kilometrų per sekundę. Iš Magelano debesies išsviestos žvaigždės Paukščių Tako atžvilgiu judės didesniais greičiais, jei bus išmestos ta pačia kryptimi, kaip juda Magelano debesis, ir mažesniais, jei bus išmestos priešinga kryptimi (aišku, kryptys gali būti labai įvairios, tad ir greičiai įvairūs).

Šiame naujame straipsnyje, kuris tik vakar paskelbtas straipsnių bazėje arXiv.org, o šiuo metu yra priimtas spausdinti į „Astrophysical Journal Letters“, apskaičiuojama, kaip turėtų pasiskirstyti iš Didžiojo Magelano debesies išmestų hipergreitųjų žvaigždžių padėtys ir greičiai mūsų danguje.

Pagrindiniai gaunami rezultatai yra du. Pirmasis (žr. iliustraciją žemiau) – arti Didžiojo Magelano debesies turėtume matyti daugiau hipergreitųjų žvaigždžių, nei kitose dangaus skliauto dalyse, mat žvaigždės, ypač masyvios, išmestos iš šios palydovinės galaktikos, nespėja pasklisti po visą dangų per savo gyvenimus.

Kitas reikšmingas rezultatas – didžiausi radialiniai žvaigždžių judėjimo greičiai Saulės atžvilgiu turėtų būti šiaurinio Galaktikos pusrutulio ir anticentro (Galaktikos centrui priešingos krypties) link.

Numatomos žvaigždžių, išmestų iš Didžiojo Magelano debesies, padėtys danguje. Kontūrai žymi santykinius žvaigždžių tankius; geltonas kontūras žymi, kur žvaigždžių turėtų būti daugiausiai, toliau kiekvienas kontūras – vis apie 3,3 karto mažesnį tankį. Žalia linija žymi Didžiojo Magelano debesies pastarųjų 350 milijonų metų judėjimo trajektoriją. Raudoni pliusiukai – žinomos hipergreitosios žvaigždės.

Kiek šie rezultatai panašūs į realybę?

Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad modelio prognozė visiškai neatitinka stebėjimų duomenų. Visgi stebėjimai kol kas apima beveik vien šiaurinį dangaus pusrutulį (dangaus pusiaujas iliustracijoje pažymėtas punktyrine linija). Ir matome, kad toje šiaurės pusrutulio dalyje, kur modelis prognozuoja daugiausiai žvaigždžių (iliustracijoje viršuje kairėje), jų daugiausiai ir yra.

Panašų rezultatą duoda ir radialinių greičių palyginimas: didžiausi greičiai prognozuojami būtent ten, kur randama daugiausiai hipergreitųjų žvaigždžių. O kuo žvaigždė greitesnė, tuo ją lengviau pastebėti, nes ji aiškiau skiriasi nuo aplinkinių. Ar tai reiškia, kad paslaptis išaiškinta ir hipergreitosios žvaigždės iš Didžiojo Magelano debesies skrajoja mūsų dangumi? Dar ne, nes yra keletas dalykų, kuriuos reikia išnagrinėti detaliau.

Visų pirma, nežinome, kaip dažnai hipergreitosios žvaigždės išmetamos iš Magelano debesies. Iš mūsų Galaktikos turėtų būti išmetama maždaug viena žvaigždė per 10 tūkstančių metų. Iš Magelano debesies – greičiausiai mažiau, bet tai priklauso nuo tos galaktikos centrinės dalies dinamikos. Taip pat reikia palaukti hipergreitųjų žvaigždžių paieškų pietiniame danguje rezultatų; tokių turėtume sulaukti jau šį rudenį, kai bus paskelbti pirmieji Gaia kosminės observatorijos duomenys.

Na ir trečia – kol kas nežinome, ar apskritai Magelano debesyje egzistuoja supermasyvi juodoji skylė. Hipergreitųjų žvaigždžių stebėjimai galėtų sustiprinti įtarimus, kad ji ten yra, bet tvirtam rezultatui gauti reikėtų detalių Magelano debesies centro stebėjimų.