Umělec ilustrace galaktického exilu. Obrazový kredit: CfA. Klikni pro zvětšení.
Poslechněte si rozhovor: Galactic Exiles (6,2 MB)
Nebo si objednejte podcast: universetoday.com/audio.xml
Co je podcast?
Fraser Cain: Můžeš mi říct o hvězdách, které jsi pozoroval, a jak vypadají, že budou vyhozeny z naší galaxie?
Dr. Warren Brown: Objevili jsme dvě hvězdy ve vzdálených oblastech Mléčné dráhy, které cestují rychlostí, kterou nikdo v naší galaxii nikdy neviděl, alespoň hvězdy mimo galaktický střed. Kromě toho, že tyto hvězdy jsou od galaktického centra vzdáleny stovky tisíc světelných let. Jediným hodnověrným vysvětlením jejich rychlosti je však to, že byly vyvrženy supermasivní černou dírou ve středu galaxie.
Fraser: Takže bloudili příliš blízko supermasivní černé díry a byli tak trochu vyhození?
Brown: Jo, takže tady je obrázek. Tento scénář vyžaduje tři těla a astronomové tvrdí, že nejpravděpodobnějším způsobem, jak k tomu došlo, je, pokud máte pár hvězd. Jak možná víte, něco jako polovina hvězd na obloze jsou ve skutečnosti systémy obsahující dvojici nebo někdy více hvězd. A pokud tedy máte pevně svázanou dvojici hvězd, které se z nějakého důvodu pohybují příliš blízko supermasivní černé díry, v určitém okamžiku gravitace černé díry překročí vazebnou energii mezi dvojicí hvězd a vytrhne jednu z těchto hvězd pryč . Zachytí jednu hvězdu, ale druhá hvězda opustí systém s orbitální energií páru. A takto získáte další zvýšení rychlosti. Je to, že supermasivní černá díra je v podstatě schopna rozmotat jednu hvězdu, zachytit ji a nechat druhou s veškerým množstvím energie, kterou měl pár. A ta hvězda se pak dostane ven z galaxie.
Fraser: Pokud by se normální hvězdná hvězda přiblížila příliš blízko, neměla by být vypuštěna energie. Myslím, že jsem viděl několik simulací, kdy se hvězda příliš přiblíží k černé díře a způsob změny směru její oběžné dráhy, ale stále obíhá kolem.
Brown: Jistě, dokážete si představit, že je to jako kosmická loď, která má prak kolem Jupitera nebo tak něco. Dokážete si představit, že byste mohli měnit trajektorii a získat určitou rychlost. V galaxii však není žádný mechanismus, který by získal tak velkou rychlost pro něco, co je hmotou 3–3 hvězdné sluneční hmoty. To vyžaduje interakci tří těl k vytvoření rychlosti, kterou vidíme. A pozorujeme jejich pohyb vůči nám. Pohybují se od nás rychlostí asi 1-1,5 milionu mil za hodinu.
Fraser: Jak rychle by hvězdy šly, když vstoupily, aby splnily jejich rozchod?
Brown: To nevím jistě. Pravděpodobně něco desetkrát, těsně před okamžikem, kdy se houpají kolem černé díry. Když necháte gravitační potenciál studny černé díry, samozřejmě se náhle zpomalí. Jejich konečná úniková rychlost je to, co nyní pozorujeme; je to řádově milión mil za hodinu. A to je více než dvojnásobek rychlosti, kterou musíte zcela uniknout naší galaxii. Tyto hvězdy jsou opravdu vyhnanci. Jsou vyhnáni z galaxie a nikdy se nevrátí.
Fraser: A jedna hvězda je vyhozena. Co se stane s druhou hvězdou?
Brown: To je zajímavá otázka. Ve skutečnosti existuje teoretický dokument, který někteří teoretici napsali, který navrhoval, že tyto hvězdy ve velmi dlouhých eliptických drahách kolem centrální masivní černé díry by mohly být bývalými společníky těchto tzv. Hypervelocity hvězd, které jsme objevili. A to je druh oběžné dráhy, kterou byste očekávali. Pokud není hvězda tak nešťastná, že spadne přímo do černé díry, pokud jí chybí jen trochu, bude se jen houpat kolem a pak bude na velmi dlouhé eliptické oběžné dráze kolem centrální masivní černé díry.
Fraser: A kde vznikl pár? Je to osud, který by mohl ovlivnit některé blízké binární hvězdy?
Brown: No, to se vlastně dostane k většímu obrazu. Galaktické centrum je zajímavým místem. Má spoustu mladých hvězd. Tři z nejmladších masivních hvězdokup objevených v galaxii pocházejí z bezprostřední blízkosti galaktického centra. A obsahují některé z nejmasivnějších hvězd v galaxii. Takže tam dole je spousta mladých hvězd. Otázkou je, jak můžete získat hvězdu, aby vylepšila svou oběžnou dráhu tak, že střílí přímo směrem k supermasivní černé díře, namísto pouhé obíhání kolem ní, jako Země obíhající kolem Slunce. A to je otevřená otázka. A jedna věc, kterou tyto hvězdy hypervelocity, které jsme objevili, nám začínají dávat rady o tom, jak tento mechanismus funguje. Protože například jeden nápad je, že s těmito hvězdokupy jsme pozorovali. Možná díky dynamickému tření, když narazí na jiné hvězdy, mohou se pomalu klesat směrem k galaktickému středu, kde je černá díra. A to se mělo stát, dokázali jste si představit, že najednou byla tu obrovská černá díra celá hromada hvězd. Mohli byste získat výbuch těchto hypervelocity hvězd. K dispozici jsou nejrůznější hvězdy. A přesto hvězdy, které pozorujeme, mají různé doby cestování od galaktického centra. To je pouze sugestivní, ale už začínáme říkat něco o historii hvězd interagujících se supermasivní černou dírou. A co se zatím objevuje, je to, že neexistují žádné důkazy o tom, že by hvězdokupy dopadaly do galaktického centra.
Fraser: Mohl by existovat nějaký dopravní pás, ve kterém se hvězdy rodí, a pak se pomalu klesají a pak jsou vyhozeny, když se dostanou příliš blízko.
Brown: Jo, to je jeden nápad. Aby tento dopravní pás fungoval, potřebujete nějaké masivní místo, jako je hvězdokupa, aby tento dopravní pás fungoval. Aby mohl něco klesnout směrem k masivní černé díře. Jak masivní objekt narazí na spoustu masivních objektů, ukáže se, že méně masivní objekty budou mít tendenci vydávat trochu více energie. Jako masivní objekt, v tomto případě hvězdokupa, ztrácí energii, její oběžná dráha se rozkládá a přibližuje se ke galaktickému středu.
Fraser: S několika málo hvězdami, které jste našli, a velkým počtem hvězd v galaxii, muselo být tyto lidi docela obtížné sledovat. Jakou metodu jste použili?
Brown: Jo, to je vlastně jeden z vzrušujících výsledků této doby. První objev, před rokem, po první hypervelocity, to bylo něco serendipitous objevu. A tentokrát jsme je aktivně hledali. A trik spočíval v tom, že tyto věci by měly být velmi vzácné. Teoretici odhadují, že v celé galaxii je asi tisíc těchto hvězd. A galaxie obsahuje přes 100 miliard hvězd. Museli jsme se podívat takovým způsobem, který nám dal docela dobrou šanci najít je více. A naše strategie byla dvojí. Jedním je, že na okraji Mléčné dráhy jsou většinou staré, trpasličí hvězdy. Hvězdy jako Slunce nebo méně červené hvězdy. Neexistují žádné mladé, modré masivní hvězdy, a to je druh hvězdy, kterou jsme se rozhodli hledat; hvězdy, které jsou mladé a zářivé, abychom je mohli vidět daleko, ale kde by neměly být takové hvězdy na okraji galaxie. A další částí strategie bylo hledat slabé hvězdy. Čím dál jdete, tím méně hvězd galaxií v pozadí musíte čelit. A s větší pravděpodobností se setkáte s těmito hypervelocity hvězdami, na rozdíl od jiné hvězdy, která právě obíhá kolem galaxie.
Fraser: A jakou metodou vlastně říkáte, jak rychle se hvězda pohybuje?
Brown: Za to jsme museli vzít spektrum hvězdy. Použitím dalekohledu 6,5 MMT v Arizoně jsme namířili hvězdu na jednu z našich kandidátních hvězd, z této hvězdy jsme vzali světlo a vložili jsme ji do duhového spektra a vyfotografovali jsme toto spektrum. A prvky ve hvězdné atmosféře slouží jako otisk prstu. Můžete vidět absorpční čáry kvůli vodíku a heliu a dalším prvkům. A pomocí pohybů Dopplerovy posuny - v tomto případě červené posuny - těchto vlnových délek nám řekly, jak rychle se hvězdy od nás vzdálily. A většina hvězd v našem vzorku byly normální hvězdy galaxie; pohybovali se docela pomalými rychlostmi a pak dvě z nich náhodou cestovaly docela rychle, a to jsou ty dvě, které jsme právě oznámili.
Fraser: A co si myslíte, že nám to říká o tvorbě hvězd nebo středu galaxie, nebo ...
Brown: No, tohle je vlastně zajímavá část příběhu. Nyní, když je máme ve skutečnosti jejich vzorek, jsou to opravdu nové třídy objektů, tyto hvězdy hypervelocity, můžeme začít říkat něco o tom, odkud pocházejí, což je galaktické centrum. Tyto hvězdy jsou jedinečně vhodné pro vyprávění příběhu o tom, co se děje v galaktickém centru. Jejich cesty nám říkají něco o historii, o tom, co se děje, ale také o druzích hvězd, které vidíme. V tomto případě se tyto mladé, modré hvězdy - tyto 3–4 hvězdy sluneční hmoty - které jim astronomové nazývají hvězdami typu B. Skutečnost, že jsme v našem průzkumném regionu viděli dva, které jsme provedli pro přibližně 5% oblohy, odpovídá průměrnému rozdělení hvězd, které byste viděli v galaxii. Ale v rozporu s tím, co mnoho z těchto hvězdokup je vidět v galaktickém centru. Takže jen fakt typu hvězd, které vidíte, nám začíná říkat o populaci toho, co bylo vystřeleno z galaxie. V tomto případě to nevypadá, jako by to byly ty superhmotné shluky hvězd, ale spíše vaše průměrná hvězda, která putuje galaxií.
Fraser: A pokud byste měli k dispozici nějaký super Hubbleův dalekohled, co byste chtěli hledat?
Brown: Oh, chtěli bychom hledat pohyb těchto hvězd na obloze. Takže vše, co víme, je-li jejich minimální rychlost. Jediná věc, kterou můžeme měřit, je jejich rychlost v očích vůči nám. To, co nevíme, je rychlost v rovině oblohy, tzv. Správný pohyb. To je možné s Hubbleem, pokud máte 3-5leté základní linie, se kterými se tyto hvězdy pohybují. Měl by to být velmi malý pohyb. Pokud jste měli super Hubble, možná byste to mohli vidět za rok. To by bylo velmi zajímavé vědět. To by vám nejen s jistotou řeklo, že skutečně pocházejí z galaktického centra, a nikoli z jiného místa, ale také z jejich trajektorií. Pokud jste přesně věděli, jak se pohybují, jakákoli odchylka od přímky od galaktického centra vám řekne, jak gravitace galaxie v průběhu času ovlivnila jejich trajektorii. A to je také velmi zajímavé vědět.
Fraser: Správně, tak by to pomohlo s vykreslením distribuce temné hmoty.
Brown: Přesně tak. Astronomové tedy usuzují na přítomnost temné hmoty. Vidíme hvězdy, které obíhají kolem galaxie rychleji, než by měly být jen proto, že se zdá, že existuje masa, kterou nemůžeme vysvětlit, že bychom je mohli držet na jejich oběžné dráze. A v této temné záležitosti je těžké získat informace o tom, jak je distribuována v galaxii. Ale tyto hvězdy jsou již na okraji galaxie a jak prochází touto hvězdou, tato porucha, tento gravitační tah temné hmoty, když se tyto věci pohybují galaxií, se s postupem času pomalu sčítají. Takže vlastně měří distribuci této temné hmoty, jen na svých oběžné dráze. Takže pokud byste mohli změřit jejich pohyb, vzorku hvězd, ve skutečnosti vám to pomůže zvládnout, jak je temná hmota distribuována kolem galaxie.
