Pierwszy hiperprędkościowy układ podwójny – czyżby gość z innej galaktyki?

newhypervelo
PB3877 to hiperszybki układ podwójny przemierzający zewnętrzne rejony Drogi Mlecznej. Wizualizacja przedstawia jego aktualne położenie oraz położenie Słońca. Źródło: Thorsten Brand

Zespół astronomów z Friedrich Alexander University pracujący pod kierownictwem Petera Nemetha odkrył gwiazdę podwójną poruszającą się z prędkością zbliżoną do prędkości ucieczki z naszej galaktyki. Znamy aktualnie nieco ponad 20 gwiazd poruszających się z hiper-prędkościami i uciekających z naszej galaktyki. Wszystkie dotąd znane gwiazdy hiperprędkościowe to gwiazdy pojedyncze, PB3877 to pierwsza gwiazda podwójna poruszająca się z tak dużą prędkością. Co więcej, wyniki nowego badania podważają powszechnie akceptowany scenariusz, według którego gwiazdy hiperprędkościowe przyspieszane są przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki. Wyniki badań zostały opublikowane dzisiaj w Astrophysical Journal Letters.

Zespół, wraz z badaczami z California Institute of Technology, wykazał, że układ podwójny nie może pochodzić z centrum Galaktyki i aktualnie nie znamy żadnego mechanizmu, który mógłby odpowiadać za rozpędzenie takiego układu podwójnego do takich prędkości bez odrywania składników od siebie. Stąd hipoteza, że wokół musi znajdować się bardzo dużo ciemnej materii, która utrzymuje gwiazdy wewnątrz Drogi Mlecznej. Może być też tak, że gwiazda podwójna PB3877 pochodzi z innej galaktyki i może w przyszłości ponownie opuścić Drogę Mleczną.

PB3877 po raz pierwszy została zaklasyfikowana jako gorąca gwiazda hiperprędkościowa gdy została odkryta w danych z przeglądu Sloan Digital Sky Survey (SDSS) w 2011 roku. Nowe obserwacje spektroskopowe wykonano za pomocą 10-metrowego teleskopu Keck II w Obserwatorium W. M. Kecka na Mauna Kea, na Hawajach oraz za pomocą 8,2-metrowego Bardzo Dużego Teleskopu (VLT-Very Large Telescope) należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile. Astronomowie z Caltech Thomas Kupfer oraz Felix Furst obserwowali PB3877 za pomocą instrumentu ESI Instrument zainstalowanego na teleskopie Keck II.

„Gdy zaczęliśmy analizować nowe dane, ku naszemu zaskoczeniu, odkryliśmy słabe linie absorpcyjne, które nie mogły pochodzić od gorącej gwiazdy,” mówi Kupfer. „Chłodny towarzysz, tak jak i gorąca gwiazda, wykazuje bardzo dużą prędkość radialną. Stąd uważamy, że obie gwiazdy stanowią układ podwójny, który jest pierwszym kandydatem na hiperprędkościowy układ podwójny.”

Powierzchnia gorącej gwiazdy jest pięć razy gorętsza od powierzchni Słońca, podczas gdy jej chłodniejszy składnik jest o 1000 stopni chłodniejszy od Słońca. Ustalono, że układ znajduje się 18 000 lat świetlnych od Słońca. Masa gorącej gwiazdy szacowana jest na połowę masy Słońca, a jej towarzysza na 0,7 masy Słońca.

„Badamy hiperprędkościowe gwiazdy od 2005 roku, od momentu odkrycia pierwszych trzech gwiazd tego typu,” mówi członek zespołu Ulrich Heber. „W międzyczasie odkryto kilkadziesiąt gwiazd tego typu, jednak wszystkie są gwiazdami pojedynczymi. Jak dotąd żadna nie miała towarzysza widocznego bezpośrednio w widmie.”

W centrum naszej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, która może przyspieszać i wyrzucać tym samym gwiazdy z galaktyki, rozrywając przy tym pierwotne układy podwójne.  Naukowcy uważają, że większość gwiazd hiperprędkościowych pochodzi z centrum galaktyki.

„Nasze obliczenia wskazują, że PB3877 nie może pochodzić z centrum Drogi Mlecznej, bowiem jej trajektoria nigdy nie przebiegała w pobliżu supermasywnej czarnej dziury,” mówi członek zespołu Eva Ziegerer, specjalistka od kinematyki gwiazd, która zbierała dane astrometryczne i rekonstruowała orbitę tego układu podwójnego. „Proponowano także inne mechanizmy, takie jak zderzenia gwiazd czy eksplozje supernowych, jednak każdy z nich doprowadziłby do rozerwania układu podwójnego.”

„PB3877 może być przybyszem z innej galaktyki,” zaznacza Nemeth. „W takim przypadku jego wydłużone w czasie stopniowe przyspieszanie nie doprowadziłoby do rozerwania układu. Zewnętrzne granice Drogi Mlecznej zawierają wiele strumieni gwiazd, o których uważa się, ze mogą być pozostałościami galaktyk karłowatych rozerwanych na strzepy przez silne oddziaływania pływowe ze strony Drogi Mlecznej.”

Niestety, aktualnie dostępne dane nie pozwalają na połączenie gwiazdy podwójnej z żadnym ze znanych strumieni. Dlatego też, pochodzenie układu podwójnego pozostaje nieznane tak jak jego przyszłość. To czy obie gwiazdy pozostaną w Drodze Mlecznej zależy od ilości ciemnej materii w naszej Galaktyce. Dlatego też, samo istnienie tego układu wpływa na nasze modele i aktualną wiedzę o ciemnej materii w Drodze Mlecznej.

„Przeanalizowaliśmy różne modele masy do obliczenia prawdopodobieństwa, że ten układ pozostanie w Drodze Mlecznej. Analizy wykazały, że gwiazdy pozostaną już w Drodze Mlecznej, tylko w przypadku gdy właściwy jest model uwzględniający największą masę Drogi Mlecznej. Dlatego też PB3977 to doskonały obiekt do badania modeli halo ciemnej materii wokół naszej galaktyki,” mówi Andreas Irrgang, badacz z Dr. Karl Remeis-Observatory.

Aktualnie trwają dalsze badania spektroskopowe – mające na celu potwierdzenie właściwości orbitalnych układu PB3877, oraz fotometryczne – w poszukiwaniu zmienności układu. „Odnalezienie kolejnych gwiazd lub układów podwójnych znajdujących się na podobnej orbicie wskazywałoby na zewnętrzne pochodzenie. Dlatego też, nasze poszukiwania podobnych obiektów będą trwały nadal,” mówi Nemeth.

Więcej informacji:

Źródło: W.M. Keck Observatory / ApJ / ApJL