Droga Mleczna mieści w sobie od 200 do 400 miliardów gwiazd, z których większość mieści się w płaskim dysku z poprzeczką. Jak się jednak okazuje, nasza galaktyka nie jest w stanie pomieścić wszystkich swoich gwiazd. Część z nich wyrzucana jest w przestrzeń międzygalaktyczną, gdzie w pustce przestrzeni kosmicznej spędza dużą część swojego życia. Zespół astronomów przyjrzał się dokładniej najmasywniejszym z tych uciekających gwiazd, aby dowiedzieć się, jakie procesy doprowadziły do wyrzucenia ich z naszego kosmicznego domu.
Kiedy astronomowie obserwują pole gwiazd w Drodze Mlecznej, jedną z rzeczy, które mierzą, jest rozkład prędkości. Droga Mleczna jest dojrzałą galaktyką, w której ruch gwiazd jest względnie uporządkowany. Ogólny rozkład prędkości populacji gwiazd odzwierciedla rotację galaktyki. Dlatego jeżeli w polu widzenia teleskopu pojawi się gwiazda, która prędkością odstaje od swoich towarzyszek, niemal natychmiast przyciąga ona uwagę astronomów na całym świecie.
Zespół astronomów pracujący z dwoma katalogami masywnych gwiazd odkrył w nich mnóstwo gwiazd poruszających się inaczej niż ich galaktyczne otoczenie. To właśnie gwiazdy, których prędkość wskazuje na to, że są one w trakcie opuszczania naszej galaktyki.
Zidentyfikowane w ten sposób gwiazdy opisano w najnowszym artykule naukowym opublikowanym na łamach periodyku Astronomy and Astrophysics.
Czytaj także: Wciąż niewiele widzieliśmy. Setki pozostałości supernowych wciąż czeka na odkrycie
Mar Carretero Castrillo z Uniwerstytetu w Barcelonie i jej współpracownicy oparli swoją pracę na dwóch obszernych katalogach gwiazd. Są to Galactic O-Star Catalog (GOSC) i Be Star Spectra (BeSS). Obydwa są katalogami, w których umieszczone są masywne gwiazdy dwóch typów: O oraz Be.
Naukowcy wykorzystali także dane z kosmicznego teleskopu Gaia wyniesionego w przestrzeń kosmiczną przez Europejską Agencję Kosmiczną. Gaia precyzyjnie mierzy położenie, odległość, prędkości i kierunek lotu ponad miliarda gwiazd w Drodze Mlecznej.
Jak na razie nie wiadomo, ile gwiazd tak naprawdę wylatuje z naszej galaktyki. Nie zmienia to jednak faktu, że astronomowie bezustannie odkrywają kolejnych gwiezdnych uciekinierów. Część astronomów szacuje, że z naszej galaktyki aktualnie może uciekać nawet dziesięć milionów gwiazd, co wbrew pozorom nie jest liczbą dużą, jeżeli uznamy, że w galaktyce znajduje się 400 miliardów gwiazd. Pytaniem otwartym jest jednak pytanie o to, jakie mechanizmy są w stanie nadać gwieździe prędkość przekraczającą prędkość ucieczki z masywnej galaktyki.
Czytaj także: Gwiazda-sprinterka w Małym Obłoku Magellana
„Istotna część masywnych gwiazd to gwiazdy uciekające. Gwiazdy te poruszają się ze znaczną, dużo wyższą prędkością niż inne gwiazdy w ich otoczeniu” – wyjaśniają autorzy. Astronomowie postanowili skatalogować i scharakteryzować uciekające gwiazdy masywne i gwiazdy wczesnego typu zawarte w obu katalogach.
„Masywne gwiazdy OB wczesnego typu są najjaśniejszymi gwiazdami w Drodze Mlecznej” – wyjaśniają autorzy opracowania. Gwiazdy OB są nie tylko masywne i młode, ale także niezwykle gorące. Tworzą luźno zorganizowane grupy, tzw. asocjacje OB. Ponieważ są one młode i gorące, nie żyją zbyt długo. Gwiazdy tego typu szybko zużywają swoje paliwo i eksplodują jako supernowe.
Zespół powiązał dane zebrane za pomocą telwskopu Gaia z katalogami GOSC i BeSS i w ten sposób wyselekcjonował 417 gwiazd typu O i 1335 gwiazd typu Be występujących odpowiednio w katalogach Gaia i BeSS. Spośród nich odkryli 106 uciekających gwiazd typu O, co stanowi 25,4 proc. gwiazd w katalogu GOSC. Czterdzieści dwie z nich zostały zidentyfikowane stosunkowo niedawno.
W toku swojej pracy badacze znaleźli także 69 uciekających gwiazd Be, co stanowi 5,2 proc. wszystkich gwiazd w katalogu gwiazd typu Be. Czterdzieści siedem z nich zostało zidentyfikowanych niedawno. Ogólnie rzecz biorąc, gwiazdy typu O poruszają się szybciej niż gwiazdy typu Be.
Dlaczego masywne gwiazdy stanowią tak dużą część gwiazd uciekających? Istnieją dwie konkurencyjne teorie, które próbują wyjaśnić uciekające gwiazdy i obie dotyczą gwiazd masywnych. Jednym z nich jest scenariusz dynamicznego wyrzutu (DES, ang. dynamical ejection scenario), a drugim scenariusz podwójnej supernowej (BSS, ang. binary supernova scenario).
Gwiazdy OB często powstają w parach podwójnych. W scenariuszu podwójnej supernowej (BSS) jedna gwiazda eksploduje jako supernowa, a eksplozja wyrzuca drugą gwiazdę. Jeśli sytuacja jest właściwa, ocalała gwiazda otrzymuje wystarczającą ilość energii we właściwym kierunku, aby mogła wyrwać się z objęć swojej partnerki, którą jest teraz gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Może także wyrwać się z objęć grawitacji Drogi Mlecznej. Jeśli tak się stanie, rozpoczyna się długa podróż w przestrzeń międzygalaktyczną.
W scenariuszu DES nie ma dramatycznego wybuchu supernowej. Zamiast tego gwiazda w zwartym, gęsto upakowanym gwiazdami obszarze doświadcza interakcji grawitacyjnych z innymi gwiazdami. Spotkania pomiędzy gwiazdami podwójnymi i pojedynczymi mogą skutkować wyrzuceniem jednej z gwiazd, podobnie jak spotkania pomiędzy dwiema parami podwójnymi. Asocjacje OB, w których zwykle tworzą się gwiazdy typu O i B, to bardzo gęste od gwiazd środowiska, z których często uciekają pojedyncze gwiazdy. Ponieważ większość tych gwiazd jest masywna, większość uciekających gwiazd również jest masywna.
Naukowcy zastanawiają się nad tymi dwoma scenariuszami i debatują nad nimi od dziesięcioleci. W obu scenariuszach mogą powstać gwiazdy z prędkością wystarczającą do ucieczki z galaktyki. Badając próbkę 175 uciekających gwiazd, naukowcy odkryli, że uzyskane dane faworyzują jedno wyjaśnienie zamiast drugiego.
„Wyższe wartości procentowe i wyższe prędkości stwierdzone dla typu O w porównaniu z obiektami uciekającymi typu Be podkreślają, że scenariusz dynamicznego wyrzutu (DES) jest bardziej prawdopodobny niż scenariusz supernowej podwójnej” – możemy przeczytać w artykule.
Procent typów widmowych reprezentowanych w uciekających gwiazdach pomaga wyjaśnić ich wnioski. 25% gwiazd typu O w ich próbce to gwiazdy uciekające, w porównaniu z 5% gwiazd typu Be. Inne badania wykazały różne liczby, ale jak zauważają autorzy, „istnieje zgoda w tym sensie, że odsetek uciekających gwiazd O jest znacznie wyższy niż w przypadku gwiazd B lub Be”.
Poprzednie badania wykazały, że uciekające gwiazdy typu O mają większe prędkości niż gwiazdy typu B i Be. Wcześniejsze badania pokazują również, że dynamiczne wyrzuty często skutkują szybszymi i masywniejszymi ucieczkami niż w scenariuszu supernowej podwójnej.