De zon racet door de Melkweg met een snelheid die 30 keer groter is dan een spaceshuttle in een baan om de aarde (met een snelheid van 220 km / s ten opzichte van het galactische centrum). Ongeveer een op de miljard sterren reist met een snelheid die ongeveer drie keer zo groot is als onze zon - zo snel dat ze gemakkelijk de melkweg volledig kunnen ontsnappen!
We hebben tientallen van deze zogenaamde hypervelocity-sterren ontdekt. Maar hoe bereiken deze sterren precies zulke hoge snelheden? Astronomen van de Universiteit van Leicester hebben misschien het antwoord gevonden.
De eerste aanwijzing is het observeren van hypervelocity-sterren, waar we hun snelheid en richting kunnen opmerken. Uit deze twee metingen kunnen we deze sterren achterwaarts traceren om hun oorsprong te vinden. De resultaten tonen aan dat de meeste hypervelocity-sterren snel beginnen te bewegen in het galactische centrum.
We hebben nu een globaal idee van waar deze sterren hun snelheid winnen, maar niet hoe ze bereiken zulke hoge snelheden. Astronomen denken dat twee processen de sterren zo snel zullen schoppen. Het eerste proces heeft betrekking op een interactie met het superzware zwarte gat (Sgr A *) in het centrum van onze Melkweg. Wanneer een dubbelstersysteem te dicht bij Sgr A * komt, zal de ene ster waarschijnlijk worden gevangen, terwijl de andere ster waarschijnlijk met een alarmerende snelheid van het zwarte gat wordt weggeslingerd.
Het tweede proces betreft een supernova-explosie in een binair systeem. Dr. Kastytis Zubovas, hoofdauteur van het hier samengevatte artikel, vertelde Space Magazine: "Supernova-explosies in binaire systemen verstoren die systemen en laten de overgebleven ster wegvliegen, soms met voldoende snelheid om de Melkweg te ontsnappen."
Er is echter één voorbehoud. Binaire sterren in het centrum van onze Melkweg zullen zowel om elkaar heen draaien als om Sgr A * draaien. Ze zullen twee snelheden hebben. "Als de snelheid van de ster rond het massamiddelpunt van de binaire eenheid nauw aansluit bij de snelheid van het massamiddelpunt rond het superzware zwarte gat, kan de gecombineerde snelheid groot genoeg zijn om helemaal uit de Melkweg te ontsnappen", legt Zubovas uit.
In dit geval kunnen we niet zitten wachten tot we een supernova-explosie waarnemen die een binair systeem opbreekt. We zouden veel geluk moeten hebben om dat te vangen! In plaats daarvan vertrouwen astronomen op computermodellering om de fysica van een dergelijke gebeurtenis na te bootsen. Ze hebben meerdere berekeningen opgezet om de statistische waarschijnlijkheid te bepalen dat de gebeurtenis zal plaatsvinden en om te controleren of de resultaten overeenkomen met waarnemingen.
Astronomen van de Universiteit van Leicester deden precies dit. Hun model bevat meerdere invoerparameters, zoals het aantal binaire bestanden, hun beginlocaties en hun orbitale parameters. Vervolgens wordt berekend wanneer een ster een supernova-explosie kan ondergaan en, afhankelijk van de positie van de twee sterren op dat moment, de uiteindelijke snelheid van de overgebleven ster.
De kans dat een supernova een binair systeem verstoort, is groter dan 93%. Maar ontsnapt de secundaire ster dan uit het galactische centrum? Ja, 4-25% van de tijd. Zubovas beschreef: "Hoewel dit een zeer zeldzame gebeurtenis is, kunnen we verwachten dat er in de loop van 100 miljoen jaar enkele tientallen van dergelijke sterren zullen worden gecreëerd." De uiteindelijke resultaten suggereren dat dit model sterren uitwerpt met snelheden die hoog genoeg zijn om overeen te komen met het waargenomen aantal hypervelocity-sterren.
Niet alleen komt het aantal hypervelocity-sterren overeen met waarnemingen, maar ook hun verspreiding door de ruimte. "Hypervelocity-sterren geproduceerd door onze supernova-verstoringsmethode worden niet gelijkmatig over de lucht verdeeld", zegt Dr. Graham Wynn, een co-auteur van het artikel. "Ze volgen een patroon dat een afdruk behoudt van de stellaire schijf waarin ze zich hebben gevormd. Waargenomen hypervelocity-sterren worden gezien als een patroon zoals dit."
Uiteindelijk was het model zeer succesvol in het beschrijven van de waargenomen eigenschappen van hypervelocity-sterren. Toekomstig onderzoek zal een gedetailleerder model omvatten waarmee astronomen het uiteindelijke lot van hypervelocity-sterren, het effect dat supernova-explosies op hun omgeving hebben en het galactische centrum zelf, kunnen begrijpen.
Het is waarschijnlijk dat beide scenario's - binaire systemen die interageren met het superzware zwarte gat en een die een supernova-explosie ondergaat - hypervelocity-sterren vormen. Door beide te bestuderen, blijven we vragen beantwoorden over hoe deze snelle sterren ontstaan.
De resultaten worden gepubliceerd in het Astrophysical Journal (preprint hier beschikbaar)
