Umjetnička ilustracija galaktičkog egzila. Kreditna slika: CfA. Klikni za veću sliku
Poslušajte intervju: Galactic Exiles (6.2 MB)
Ili se pretplatite na Podcast: universetoday.com/audio.xml
Što je Podcast?
Fraser Cain: Možete li mi reći o zvijezdama koje ste opazili i kako su ih izbacili iz naše galaksije?
Dr. Warren Brown: Ono što smo otkrili, jesu dvije zvijezde u dalekim predjelima Mliječne staze koje putuju brzinom kojom do sada nitko nije stvarno vidio zvijezde u našoj galaksiji, barem zvijezde izvan galaktičkog središta. Samo što su ove zvijezde udaljene stotine tisuća svjetlosnih godina od centra galaktike. A ipak, jedino vjerodostojno objašnjenje njihove brzine je da su ih izbacili supermasivna crna rupa u središtu galaksije.
Fraser: Znači, zalutali su preblizu supermasivoj crnoj rupi i bili su nekako izbačeni?
Brown: Da, pa evo slike. Ovaj scenarij zahtijeva tri tijela, a astronomi kažu da je najvjerojatniji način da se to dogodilo ako imate par zvijezda. Kao što možda znate, nešto poput pola zvijezda na nebu zapravo su sustavi koji sadrže par, a ponekad i više zvijezda. Dakle, ako imate čvrsto vezan par zvijezda koji iz nekog razloga putuju preblizu supermasivne crne rupe, u nekom trenutku gravitacija crne rupe premašit će energiju vezivanja između para zvijezda i otkinuti jednu od tih zvijezda , Uhvatit će jednu zvijezdu, ali druga zvijezda tada napušta sustav s orbitalnom energijom para. I na taj način dobivate ovo dodatno povećanje brzine. To je da je supermasivna crna rupa u osnovi sposobna odvezati jednu zvijezdu, snimiti je i ostaviti drugu sa cijelom količinom energije koju je par nekada imao. A ta se zvijezda tada izbaci pravo iz galaksije.
Fraser: Ako se tada jedna obična zvijezda preblizu ne bi imala energije za izbacivanje. Mislim da sam vidio neke simulacije u kojima se zvijezda previše približila crnoj rupi i nekako mijenja smjer svoje orbite, ali još uvijek ostaje u orbiti okolo.
Brown: Naravno, mogli ste zamisliti da se radi o svemirskom brodu koji puca oko Jupitera ili tako nešto. Možete zamisliti da možda mijenjate putanju i postižete određenu brzinu. Ali u galaksiji ne postoji mehanizam koji bi postigao toliku brzinu za nešto što je masa 3-4 zvijezde solarne mase. Za postizanje brzine koju vidimo, potrebna je interakcija s tri tijela. A ono što opažamo je njihovo kretanje u odnosu na nas. Oni se udaljavaju od nas brzinom od oko 1-1,5 milijuna milja na sat.
Fraser: Koliko bi brzo zvijezde išle kad su ušle u susret svom raskidu?
Brown: Ne znam sigurno. Vjerojatno nešto deset puta prije tog trenutka kada prolaze pored crne rupe. Naravno, dok napuštate taj gravitacijski potencijalni izvor crne rupe, oni se iznenada usporavaju. Njihova konačna brzina bijega je ono što sada promatramo; to je na satu milion milja na sat I to je puno više od dvostruke brzine koja vam je potrebna da biste potpuno pobjegli iz naše galaksije. Te su zvijezde stvarno prognanici. Protjerani su iz galaksije i nikad se neće vratiti.
Fraser: I jedna zvijezda je izbačena. Što se događa s drugom zvijezdom?
Brown: To je zanimljivo pitanje. Zapravo postoji teorijski rad koji su napisali neki teoretičari koji su sugerisali da bi ove zvijezde u vrlo dugim eliptičnim orbitama oko središnje masivne crne rupe mogle biti nekadašnje suputnice ovim takozvanim zvijezdama hipervelokta koje smo otkrili. A to je vrsta orbite koju biste očekivali. Ako zvijezda nije tako nesretna da padne ravno u crnu rupu, ako je propusti samo malo, ona će se samo zamahnuti i tada biti na vrlo dugoj eliptičnoj orbiti oko središnje masivne crne rupe.
Fraser: A odakle je par nastao? Je li to sudbina koja bi mogla utjecati na neke obližnje binarne zvijezde?
Brown: Pa, to zapravo postaje veća slika. Galaktičko središte je zanimljivo mjesto. Ima puno mladih zvijezda. Tri najmlađa masivna zvjezdana grozda otkrivena u galaksiji potječu točno iz blizine galaktičkog središta. I sadrže neke od najmasovnijih zvijezda u galaksiji. Tako da tamo ima puno mladih zvijezda. Pitanje je, kako navesti zvijezdu da podešava svoju orbitu tako da puca ravno prema supermasičnoj crnoj rupi, umjesto da samo kruži oko nje, poput Zemlje koja kruži oko Sunca. A to je otvoreno pitanje. I jedna stvar koju ove zvijezde hipervelociteta otkrile smo da nam daju nagovještaje o tome kako taj mehanizam funkcionira. Jer, na primjer, jedna je ideja da smo s ovim zvjezdanim nakupinama opazili. Možda pomoću dinamičkog trenja, kad naiđu na druge zvijezde, mogu se polako spustiti prema galaktičkom središtu gdje je crna rupa. A da bi se to dogodilo, mogli ste zamisliti da se odjednom stvorila čitava gomila zvijezda odmah pored te ogromne crne rupe. Mogli biste dobiti rafal od tih zvijezda hipervelocity. Izbacuju se sve vrste zvijezda. Pa ipak, zvijezde koje promatramo imaju različita vremena putovanja od centra galaktika. To je samo sugestivno, ali već počinjemo moći govoriti o povijesti zvijezda koja je u interakciji sa supermasivnom crnom rupom. I ono što se pojavljuje do sada je da nema dokaza da zvijezde nakupine padaju u galaktički centar.
Fraser: Moglo bi postojati neka vrsta pokretne trake kojom se zvijezde rađaju, a zatim polako potonu, a zatim ih izbacuju kad se previše približe.
Brown: Da, to je jedna od ideja. Da bi pokretna traka mogla raditi, za to će vam trebati neko veliko masivno mjesto poput zvjezdane grozde. Da mogu nešto potonuti prema ogromnoj crnoj rupi. Kako se masivni objekt susreće s mnoštvom masivnih predmeta, ispada da će manje masivni predmeti imati tendenciju odavati malo više energije. Kako ogromni objekt, u ovom slučaju zvjezdana skupina, gubi energiju, njegova orbita propada i približava se galaktičkom središtu.
Fraser: S malobrojnim brojem zvijezda koje ste pronašli i velikim brojem zvijezda u galaksiji, moralo je biti prilično težak posao da ih pronađu. Koja je bila metoda koju ste koristili?
Brown: Da, to je zapravo jedan od uzbudljivih rezultata ovog vremena. Prvo otkriće prije godinu dana, nakon prve zvijezde hipervelocity, bilo je to nečujno otkriće. I ovaj put smo ih aktivno tražili. A trik je bio u tome što bi te stvari trebale biti vrlo rijetke. Teoretičari procjenjuju da u cijeloj galaksiji možda postoji tisuću tih zvijezda. A galaksija sadrži preko 100 milijardi zvijezda. Stoga smo morali gledati na način koji nam je pružio prilično dobre šanse da ih pronađemo više. A naša strategija bila je dvostruka. Jedan je da se na periferiji Mliječnog puta nalaze uglavnom stare patuljaste zvijezde. Zvijezde poput Sunca ili manje zvijezde koje su crvene. Ne postoje mlade, plave masivne zvijezde, i to je ona vrsta zvijezde koju smo odlučili potražiti; zvijezde koje su mlade i blistave tako da ih možemo vidjeti daleko, ali gdje ne bi morale biti takve zvijezde na periferiji galaksije. A drugi dio strategije bio je tražiti slabe zvijezde. Što dalje odlazite, to će se manje pozadinske zvijezde galaksije morati boriti. A vjerojatnije je da ćete naići na ove zvijezde hipervelocity, za razliku od druge zvijezde koja samo orbitira oko galaksije.
Fraser: A koja je metoda kojom se zapravo znate koliko brzo se zvijezda kreće?
Brown: Za to smo morali uzeti spektar zvijezde. Koristeći 6,5 MMT teleskop u Arizoni, usmjerili smo zvijezdu prema jednoj od naših kandidatskih zvijezda i mi uzimamo svjetlost iz te zvijezde te je stavimo u dugin spektar i fotografiramo taj spektar. A elementi u zvjezdanoj atmosferi služe kao otisak prsta. Možete vidjeti linije apsorpcije zbog vodika i helija i drugih elemenata. I pomoću gibanja, Doplerov pomak - u ovom slučaju crveni pomak - tih valnih duljina govorio nam je kako se zvijezde brzo udaljavaju od nas. I većina zvijezda u našem uzorku bile su normalne zvijezde galaksije; kretali su se prilično malim brzinama, a tada se dogodilo da su dvije putovale prilično brzo, i to su dvije koje smo upravo najavili.
Fraser: A što mislite, ovo nam govori o stvaranju zvijezda, ili središtu galaksije, ili ...
Brown: Pa, to je zapravo zanimljiv dio priče ovog puta. Sada kada zapravo imamo uzorak ovih, to su stvarno nova klasa objekata, ove zvijezde hipervelocity, možemo početi govoriti o tome odakle dolaze, a to je galaktičko središte. Te su zvijezde jedinstveno pogodne za to da nam kažu priču o onome što se događalo u galaktičkom centru. Njihova vremena putovanja govore nam nešto o povijesti, onome što se događa, ali io vrstama zvijezda koje vidimo. U ovom slučaju, ove mlade, plave zvijezde - ove 3-4 zvijezde solarne mase - koje astronomi nazivaju zvijezdama tipa B. Činjenica da smo u našem istraživačkom području vidjeli dvije, koje smo izveli na oko 5% neba, u skladu je s prosječnom raspodjelom zvijezda koje ćete vidjeti u galaksiji. Ali u neskladu s onim što se mnoštvo tih zvijezda skuplja u galaktičkom centru. Upravo činjenica o vrsti zvijezda koje vidite počinje nam govoriti o populaciji onoga što je pucano iz galaksije. U ovom slučaju to ne izgleda kao da su to supermasivne nakupine zvijezda, već prosječne zvijezde koje lutaju galaksijom.
Fraser: A kad biste imali na raspolaganju nekakav super Hubble teleskop, što biste željeli potražiti?
Brown: Oh, mi bismo željeli tražiti gibanje ovih zvijezda na nebu. Dakle sve što znamo je li njihova minimalna brzina. Jedino što možemo izmjeriti je njihova brzina u liniji vida u odnosu na nas. Ono što ne znamo je brzina u ravnini neba, takozvano pravilno kretanje. To je moguće s Hubbleom ako imate 3-5 godina osnovne linije s kojima možete vidjeti ove zvijezde kako se kreću. To bi trebao biti vrlo mali pokret. Da ste imali super Hubble, možda biste ga mogli vidjeti za godinu dana. Dakle, to bi bilo vrlo zanimljivo znati. Ne samo da bi vam to sigurno znalo da ti doista dolaze iz galaktičkog središta, a ne s nekog drugog mjesta, već i s njihovih putanja. Ako ste točno znali kako se kreću, svako odstupanje od ravnoga pravca od centra galaktike govori vam o tome kako gravitacija galaksije s vremenom utječe na njihovu putanju. A to je također vrlo zanimljivo znati.
Fraser: Da, tako da bi to moglo pomoći pri planiranju distribucije tamne materije.
Brown: Tačno, točno. Tako astronomi zaključuju o prisutnosti tamne materije. Vidimo zvijezde kako kruže oko galaksije brže nego što bi trebale biti samo zato što se čini da postoji masa koja ih ne možemo objasniti zbog njihova držanja u njihovim orbitama. A tu tamnu materiju teško je shvatiti kako se distribuira oko galaksije. Ali ove zvijezde su već na periferiji galaksije, i dok prolaze kroz nju, ovo uznemirenost, ovo gravitacijsko povlačenje tamne materije dok te stvari putuju kroz galaksiju polako se sabiraju kako napreduju. Znači oni zapravo mjere raspodjelu ove tamne materije, samo na svojoj orbiti. Ako biste mogli izmjeriti njihovo kretanje, na uzorku zvijezda, to vam zapravo počinje dočarati kako se tamna tvar distribuira oko galaksije.
