Osobliwe szybkie gwiazdy wybuchające z dala od domu

hs-2015-28-a-print-crop

Osobliwe supernowe, które eksplodowały w pustce przestrzeni międzygalaktycznej stanowią jedną z tajemnic astronomii. Skąd one się wzięły? Jak się tam znalazły? Prawdopodobna odpowiedź: wyrzucenie przez układ dwóch czarnych dziur. Takie przynajmniej wnioski wynikają z nowych badań Ryana Foleya, profesora astronomii i fizyki z University of Illinois.

Korzystając z danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i innych teleskopów, Foley prześledził drogę 13 eksplodujących gwiazd podróżujących z ogromnymi prędkościami, aż do momentu wyrzucenia z galaktyki macierzystej. Cofając się w czasie poszukiwał możliwych wydarzeń, które mogły doprowadzić do wyrzucenia gwiazd z galaktyki. Wyniki zostały wczoraj opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Celem Foleya było rozwiązanie zagadki rzadkiego, osobliwego typu supernowych znajdowanych z daleka od galaktyk czy gromad gwiazd.

„Gdy obserwujemy otoczenie tych supernowych, nic tam nie ma – brak procesów formowania gwiazd, brak gromad starych gwiazd. W pobliżu praktycznie nie ma nic,” mówi Foley. „Stąd wiedzieliśmy, że te gwiazdy musiały powstać gdzie indziej i przed śmiercią przebyć olbrzymią odległość.”

Badając położenie oraz kinematykę supernowych, Foley był w stanie określić, że owe gwiazdy były wyrzucane ze swoich galaktyk z ogromną prędkością miliony lat przed wybuchem.

W celu zrozumienia w jaki sposób supernowe przebyły tak olbrzymie odległości – nawet pół miliona lat świetlnych – poruszając się z tak ogromnymi prędkościami, Foley obserwował galaktyki, które wyrzuciły owe gwiazdy.

3-nasashubblef

Przede wszystkim zauważył, że wiele galaktyk składało się wyłącznie ze starych gwiazd. Oznacza to, że bogate w wapń supernowe musiały pochodzić z populacji starszych gwiazd takich jak białe karły. Większość gwiazd przechodzi w stadium białego karła gdy zakończy produkcję energii w swoim wnętrzu.

Aby doszło do eksplozji tego typu, który obserwujemy, biały karzeł musi przyciągać materię z towarzyszącej mu gwiazdy. W takim wypadku dwie gwiazdy tworzą układ podwójny w którym dwie gwiazdy krążą wokół wspólnego środka masy do momentu gdy siły pływowe nie rozerwą jednej z nich. W tym momencie materia rozerwanej gwiazdy spada na jej towarzysza i powoduje eksplozję. Tysiące takich supernowych zaobserwowano w różnych galaktykach. Jednak skąd się wzięły te nieliczne przypadki podróżujące przez przestrzeń z dala od jakiejkolwiek galaktyki?

Przyglądając się dokładniej danym Foley zauważył, że wszystkie galaktyki, które wyrzuciły owe gwiazdy wykazywały cechy „mergerów” – zderzenia dwóch galaktyk i połączenia w jedną. Dopiero wtedy zaczęły pojawiać się brakujące elementy układanki.

„Prędkości były wprost niesamowite osiągając nawet 7 milionów kilometrów na godzinę,” mówi Foley. „Istnieje tylko jedna możliwość wyrzucenia układu podwójnego gwiazd z taką prędkością: trampolina grawitacyjna podczas przelotu w pobliżu podwójnego układu supermasywnych czarnych dziur. Skąd wziąć dwie supermasywne czarne dziury? Połączyć dwie galaktyki.”

Podczas łączenia galaktyk ich czarne dziury tworząukład podwójny, który burzy choreografię obu łączących się galaktyk. W czasie takiego przetasowania, czasami na drodze podwójnej czarnej dziury staje układ podwójny z białym karłem.

„Mamy dwie pary, z których jedna zostaje wyrzucona w przestrzeń. Biały karzeł i jego towarzyszka wyrzucane są niczym z procy. Po trwającej 50 milionów lat podróży z ogromną prędkością – biały karzeł eksploduje w całkowitej pustce. To skomplikowany łańcuch zdarzeń lecz jest to bardzo logiczne wytłumaczenie tych nietypowych supernowych.”

Foley ma nadzieję, że ten typ supernowych będzie w przyszłości wykorzystany do znalezienia większej liczby układów podwójnych czarnych dziur, które same w sobie są rzadkie i bardzo interesujące, bowiem mogą być źródłem informacji o grawitacji, ogólnej i szczególnej teorii względności, kwazarach, ciemnej energii i innych tajemnicach astronomii.

Źródło: MNRAS