Gaia dostrzegła gwiazdy przemieszczające się między galaktykami

Credit: ESA / Marchetti et al. 2018 / NASA / ESA / Hubble / CC BY-SA 3.0 IGO

Zespół astronomów z Lejdy wykorzystał najnowszy zestaw danych zebranych przez sondę Gaia do poszukiwania gwiazd przemieszczających się z dużą prędkością wyrzuconych z Drogi Mlecznej. Zamiast tego naukowcy odkryli gwiazdy pędzące w drugą stronę – ku Drodze Mlecznej. Są to gwiazdy najprawdopodobniej pochodzące z innej galaktyki.

W kwietniu br. naukowcy z misji Gaia opublikowali katalog zawierający ponad miliard gwiazd. Astronomowie z całego świata przez ostatnie kilka miesięcy bezustannie analizują ten wyjątkowy zbiór danych, badając właściwości i ruch gwiazd w naszej galaktyce jak i poza nią, zarejestrowane z niespotykaną dotąd precyzją.

Droga Mleczna zawiera ponad sto miliardów gwiazd. Większość z nich znajduje się w dysku z gęstym zgrubieniem centralnym, w środku którego znajduje się supermasywna czarna dziura. Reszta gwiazd rozprzestrzeniona jest po dużo większym sferycznym halo. Gwiazdy krążą wokół Drogi Mlecznej z prędkościami rzędu setek kilometrów na sekundę, a z ich ruchu można wyczytać mnóstwo informacji o historii naszej galaktyki. Najszybszą klasę gwiazd w naszej galaktyce stanowią tak zwane gwiazdy hiperprędkościowe, które najprawdopodobniej zaczynają swoje życie w pobliżu centrum Galaktyki i z czasem wyrzucane są w kierunku krawędzi Drogi Mlecznej wskutek interakcji z centralną czarną dziurą.

Jak dotąd odkryto tylko niewielką liczbę gwiazd hiperprędkościową, a ostatnio opublikowany drugi zestaw danych zebranych przez teleskop Gaia stanowi doskonałe miejsce do poszukiwania kolejnych. Kilka grup astronomów rzuciło się na nowy zestaw danych w poszukiwaniu gwiazd hiperprędkościowych. Wśród nich znalazło się także trzech naukowców z Uniwersytetu w Lejdzie, których czekało nie lada zaskoczenie.

Dla ponad 1,3 miliarda gwiazd Gaia wykonała pomiary położenia, paralaks oraz dwuwymiarowego ruchu po płaszczyźnie nieba. Dla siedmiu milionów najjaśniejszych gwiazd, Gaia zmierzyła także prędkości radialne (w kierunku do/od Ziemi). “W siedmiu milionach gwiazd, dla których Gaia zmierzyła prędkość w 3D odkryliśmy dwadzieścia gwiazd poruszających się na tyle szybko, że z czasem opuszczą one Drogę Mleczną” mówi Elena Maria Rossi, współautorka opracowania.

Elena wraz ze współpracownikami, z którymi już odkryła kilkanaście gwiazd hiperprędkościowych w pierwszym zestawie danych z obserwacji Gaia w ubiegłym roku, była pozytywnie zaskoczona, bowiem założeniem było znalezienie chociaż jednej gwiazdy wyrywającej się z Drogi Mlecznej wśród tych siedmiu milionów. Było też jednak coś więcej. “Zamiast uciekać z centrum Galaktyki, większość dostrzeżonych szybkich gwiazd kieruje się ku niemu” dodaje Tommaso Marchetti, współautor opracowania. “Mogą to być gwiazdy z innej galaktyki, jedynie przelatujące przez Drogę Mleczną”.

Możliwe, że te międzygalaktyczne podróżniczki pochodzą z Wielkiego Obłoku Magellana, stosunkowo małej galaktyki krążącej wokół Drogi Mlecznej. Jednocześnie gwiazdy mogą także pochodzić z jakiejś dalszej galaktyki. Jeżeli tak jest, powinny nieść w sobie zapis swojego miejsca pochodzenia, a dokładniejsze badanie ich z odległości znacznie mniejszej niż miejsce ich pochodzenia może dostarczyć nam niespotykanym informacji o naturze gwiazd w innych galaktykach – podobnie jak gdybyśmy badali skały marsjańskie dostarczone na Ziemię w meteorytach.

“Gwiazdy mogą być przyspieszane do ogromnych prędkości oddziałując z supermasywną czarną dziurą” tłumaczy Elena. “Dlatego też obecność tych gwiazd może być oznaką istnienia takich czarnych dziur w pobliskich galaktykach. Niemniej jednak, obserwowane gwiazdy równie dobrze mogły być elementami układów podwójnych, wyrzuconymi w kierunku Drogi Mlecznej, gdy towarzyszące im gwiazdy eksplodowały jako supernowe. Tak czy inaczej, badanie ich może nam powiedzieć bardzo dużo o tego typu procesach w pobliskich galaktykach”.

Alternatywne wyjaśnienie mówi, że nowo zidentyfikowane sprinterki mogą pochodzić z halo naszej galaktyki i zostały przyspieszone do wnętrza Drogi Mlecznej wskutek interakcji z jedną z galaktyk karłowatych opadających w kierunku Drogi Mlecznej w trakcie jej formowania. Dodatkowe informacje o wieku i składzie chemicznym gwiazd mogą pomóc naukowcom oszacować prawdopodobieństwo tego, że tak faktycznie jest.  “Gwiazda z halo Drogi Mlecznej prawdopodobnie będzie dość stara i złożona w większości z wodoru, podczas gdy gwiazdy z innych galaktyk mogą zawierać więcej cięższych pierwiastków” mówi Tommaso.

Nowe dane pozwolą określić naturę i pochodzenie tych gwiazd z większą pewnością, a zespół planuje wykorzystać teleskopy naziemne do dalszych badań tych obiektów. W międzyczasie Gaia kontynuuje wykonywanie pomiarów położenia i prędkości gwiazd w naszej galaktyce. W latach dwudziestych planowane jest jeszcze dwukrotna publikacja danych z Gaia. Dane te z pewnością dostarczą jeszcze bardziej precyzyjnych i nowych informacji o jeszcze większym zestawie gwiazd.

“W ramach misji Gaia trójwymiarowe pomiary prędkości obejmą do 150 milionów gwiazd” tłumaczy Anthony Brown, współautor opracowania. “To da nam szanse na znalezienie setek, a nawet tysięcy gwiazd hiperprędkościowych, zbadanie ich pochodzenia oraz wykorzystanie ich do badania centrum Galaktyki jak i historii Drogi Mlecznej”. 

Źródło: Leiden Uni