Kunstnerillustration af en galaktisk eksil. Billedkredit: CfA. Klik for at forstørre.
Lyt til interviewet: Galactic Exiles (6,2 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Hvad er en podcast?
Fraser Kain: Kan du fortælle mig om de stjerner, du har set, og hvordan de er kommet til at blive sparket ud af vores galakse?
Dr. Warren Brown: Det, vi opdagede, er to stjerner i de fjerntliggende områder af Mælkevejen, der rejser med hastigheder, som ingen nogensinde har set stjerner i vores galakse, i det mindste stjerner uden for det galaktiske centrum. Bortset fra at disse stjerner er hundretusinder af lysår væk fra det galaktiske centrum. Og alligevel er den eneste troværdige forklaring på deres hastighed, at de blev skubbet ud af det supermassive sorte hul midt i galaksen.
Fraser: Så de forvillede sig for tæt på det supermassive sorte hul og blev slags sparket ud?
Brown: Ja, så her er billedet. Dette scenarie kræver tre kroppe, og astronomer siger, at den mest sandsynlige måde, det skete på, er, hvis du har et par stjerner. Som du måske ved, er noget som halvdelen af stjernerne på himlen faktisk systemer, der indeholder et par eller nogle gange flere stjerner. Og så hvis du har et tæt bundet par stjerner, der af en eller anden grund rejser for tæt på det supermassive sorte hul, på et tidspunkt vil det sorte huls tyngdekraft overstige den bindende energi mellem stjerneparet og rive en af disse stjerner væk . Den vil fange den ene stjerne, men den anden stjerne forlader derefter systemet med parets orbitalenergi. Og det er sådan, du får dette ekstra løft af hastighed. Det er, at det supermassive sorte hul dybest set er i stand til at fjerne en stjerne, fange den og efterlade den anden med hele den mængde energi, som parret plejede at have. Og den stjerne bliver derefter kastet lige ud af galaksen.
Fraser: Så hvis en almindelig, enkelt stjerne kom for tæt, ville den ikke have energien til at blive skubbet ud. Jeg tror, jeg har set nogle simuleringer, hvor stjernen kommer for tæt på det sorte hul og slags ændrer retningen på sin bane, men den fortsætter stadig med at bane rundt.
Brun: Sikker på, du kunne forestille dig, at det er som et rumfartøj, der får slangebilleder omkring Jupiter eller noget. Du kan forestille dig, at du muligvis ændrer bane og vinder noget fart. Men der er ingen mekanisme i galaksen til at vinde så meget hastighed for noget, der er massen af en 3-4 solmassestjerne. Det kræver en tre-kropsinteraktion for at skabe den hastighed, vi ser. Og hvad vi observerer, er deres bevægelse over for os. De bevæger sig væk fra os med en hastighed på cirka 1-1,5 millioner miles i timen.
Fraser: Hvor hurtigt ville stjernerne have gået, da de kom ind for at møde deres sammenbrud?
Brown: Jeg ved det ikke med sikkerhed. Sandsynligvis noget 10 gange det, lige inden det øjeblik, hvor de svinger forbi det sorte hul. Når du forlader det tyngdepotentiale godt i det sorte hul, bremser de naturligvis temmelig pludselig. Deres endelige flugthastighed er det, vi observerer nu; det er i størrelsesordenen en million miles i timen. Og det er godt over det dobbelte af den hastighed, du har brug for for at undslippe vores galakse helt. Disse stjerner er virkelig eksil. De bliver udstødt fra galaksen, og de vender aldrig tilbage.
Fraser: Og en stjerne bliver sparket ud. Hvad sker der med den anden stjerne?
Brown: Det er et interessant spørgsmål. Der er faktisk en teoridokument, som nogle teoretikere har skrevet, der antydede, at disse stjerner i meget lange elliptiske baner omkring det centrale massive sorte hul måske er de tidligere ledsagere til disse såkaldte hypervelocity-stjerner, som vi har opdaget. Og det er den slags bane, du kunne forvente. Medmindre stjernen ikke er så uheldig at falde lige ned i det sorte hul, hvis den bare går glip af en smule, vil den bare svinge rundt og derefter være på en meget lang elliptisk bane rundt om det centrale massive sorte hul.
Fraser: Og hvor stammer parret? Er dette en skæbne, der kan påvirke nogle nærliggende binære stjerner?
Brown: Nå, det kommer faktisk til det større billede. Det galaktiske centrum er et interessant sted. Det har masser af unge stjerner. Tre af de yngste massive stjerne klynger opdaget i galaksen kommer fra lige i nærheden af det galaktiske centrum. Og de indeholder nogle af de mest massive stjerner i galaksen. Så der er masser af unge stjerner, der kredser rundt dernede. Spørgsmålet er, hvordan får du en stjerne til at finpusse sin bane, så den skyder lige mod det supermassive sorte hul i stedet for bare at kredse rundt om det, ligesom Jorden kredser rundt om solen. Og det er et åbent spørgsmål. Og en ting, som disse hypervelocity-stjerner, vi har opdaget, begynder at give os tip om måske, hvordan den mekanisme fungerer. Fordi for eksempel en idé er, at vi med disse stjerne klynger har observeret. Måske ved dynamisk friktion, når de støder på andre stjerner, kan de synke langsomt ned mod det galaktiske centrum, hvor der er det sorte hul. Og det, der skulle ske, kunne du forestille dig, at der pludselig var en hel masse stjerner lige ved det enorme sorte hul. Du kan få et burst af disse hypervelocity-stjerner. Der er alle mulige stjerner at sprøjte ud. Og alligevel har stjernerne, som vi observerer, forskellige rejsetider fra det galaktiske centrum. Dette er kun suggererende, men allerede nu er vi i stand til at sige noget om historien til stjerner, der interagerer med det supermassive sorte hul. Og hvad der hidtil ser ud, er, at der ikke er bevis for, at stjerne klynger falder ind i det galaktiske centrum.
Fraser: Der kan være en slags transportbånd, hvor stjerner fødes, og så synker de langsomt ned, og så sparkes de ud, når de kommer for tæt på.
Brown: Ja, det er en slags idé. For at transportbåndet skal fungere, har du brug for et slags massivt sted som en stjerne klynge, for at transportøren kan fungere. At være i stand til at synke noget ned mod det massive sorte hul. Da et massivt objekt støder på masser af massive genstande, viser det sig, at de mindre massive objekter vil have tendens til at give afkald på lidt mere energi. Som den massive genstand, i dette tilfælde en stjerne klynge, mister energi, dens bane henfalder og den kommer tæt på det galaktiske centrum.
Fraser: Med det få antal stjerner, du har fundet, og det store antal stjerner i galaksen, må det have været et ret vanskeligt job at finde disse fyre ned. Hvad var den metode, du brugte?
Brown: Ja, det er faktisk et af de spændende resultater på dette tidspunkt. Den første opdagelse for et år siden, efter den første hypervelocity-stjerne, var noget af en serendipitøs opdagelse. Og denne gang ledte vi aktivt efter dem. Og tricket var, at disse ting burde være meget sjældne. Teoretikere estimerer, at der måske er tusind af disse stjerner i hele galaksen. Og galaksen indeholder over 100 milliarder stjerner. Så vi måtte se på en måde, der gav os en ret god chance for at finde flere af dem. Og vores strategi var todelt. Den ene er, at udkanten af Mælkevejen hovedsagelig indeholder gamle dværgstjerner. Stjerner som solen eller mindre stjerner der er røde. Der er ingen unge, blå massive stjerner, og det er den slags stjerne, som vi besluttede at lede efter; stjerner, der er unge og lysende, så vi kan se dem langt væk, men hvor der ikke burde være disse stjerner sådan i udkanten af galaksen. Og den anden del af strategien var at kigge efter svage stjerner. Jo længere du kommer, jo mindre er galakestjerner, som du har at kæmpe med. Og jo mere sandsynligt vil du støde på disse hypervelocity-stjerner i modsætning til en anden stjerne, der bare kredser om galaksen.
Fraser: Og hvad er den metode, du bruger til faktisk at fortælle, hvor hurtigt stjernen bevæger sig?
Brown: Til det måtte vi tage et spektrum af stjernen. Ved hjælp af 6,5 MMT-teleskopet i Arizona pegede vi stjernen mod en af vores kandidatstjerner, og vi tager lyset fra denne stjerne, og vi sætter det i et regnbue-spektrum og tager et billede af det spektrum. Og elementerne i den stellare atmosfære fungerer som et fingeraftryk. Du kan se absorptionslinjer på grund af brint og helium og andre elementer. Og det var ved hjælp af bevægelserne, Doppler-skiftene - i dette tilfælde de røde skift - af disse bølgelængder fortalte os, hvor hurtigt stjernerne bevægede sig væk fra os. Og de fleste af stjernerne i vores prøve var normale galakestjerner; de bevægede sig relativt langsomme hastigheder, og så var to af disse tilfældigvis køre ret hurtigt, og det er de to, vi annoncerede lige nu.
Fraser: Og hvad tror du, at dette fortæller os om dannelsen af stjerner, eller galaksen centrum, eller ...
Brown: Nå, det er faktisk en interessant del af historien denne gang. Nu hvor vi faktisk har en prøve af disse, disse er virkelig en ny klasse af objekter, disse hypervelocity-stjerner, kan vi begynde at sige noget om, hvor de kommer fra, som er det galaktiske centrum. Disse stjerner er unikt egnet til at fortælle os historien om, hvad der er sket i det galaktiske centrum. Deres rejsetider fortæller os noget om historien, hvad der er sket, men også de slags stjerner, vi ser. I dette tilfælde er disse unge, blå stjerner - disse 3-4 solmassestjerner - som astronomer kalder dem B-type stjerner. Det faktum, at vi har set to i vores undersøgelsesregion, som vi har udført for ca. 5% af himlen, er i overensstemmelse med den gennemsnitlige fordeling af stjerner, du ville se i galaksen. Men uoverensstemmende med, hvad mange af disse stjerneklynger du ser i det galaktiske centrum. Så netop kendsgerningen for den type stjerner, du ser, begynder at fortælle os om befolkningen i hvad der er skudt ud af galaksen. I dette tilfælde ser det ikke ud som om det er disse supermassive klynger af stjerner, men snarere din gennemsnitlige stjerne, der vandrer gennem galaksen.
Fraser: Og hvis du havde et slags super Hubble-teleskop til rådighed, hvad ville du så kigge efter?
Brown: Åh, vi vil gerne se efter bevægelsen fra disse stjerner på himlen. Så alt, hvad vi ved, om deres mindste hastighed. Det eneste, vi kan måle, er deres hastighed i synslinjen i forhold til os. Hvad vi ikke ved, er der hastighed i himmelplanet, den såkaldte rigtige bevægelse. Det er muligt at gøre det med Hubble, hvis du har 3-5 års basislinjer, som du kan se disse stjerner bevæge sig med. Det skal være en meget lille bevægelse. Hvis du havde en super Hubble, kunne du måske se den om et år. Så det ville være meget interessant at vide. Ikke kun ville det fortælle dig med sikkerhed, at disse virkelig kommer fra det galaktiske centrum og ikke fra et andet sted, men også deres bane. Hvis du vidste nøjagtigt, hvordan de bevæger sig, fortæller enhver afvigelse fra en lige linje fra det galaktiske centrum dig om, hvordan galaksenes tyngdekraft har påvirket deres bane over tid. Og det er også meget interessant at vide.
Fraser: Okay, så det ville hjælpe med at udpege fordelingen af mørkt stof.
Brown: Præcis, nøjagtigt. Så astronomer udlede tilstedeværelsen af mørkt stof. Vi ser stjerner, der kredser om galaksen hurtigere, end de burde være, bare fordi der ser ud til at være masse, som vi ikke kan tage højde for for at holde dem i deres kredsløb. Og denne mørke sag, det er svært at få et greb om, hvordan det er fordelt rundt i galaksen. Men disse stjerner er allerede i udkanten af galaksen, og når de passerer gennem denne, forstyrres denne tyngdekraft af mørkt stof, når disse ting rejser gennem galaksen langsomt samler op, mens de går. Så de måler faktisk fordelingen af denne mørke sag, bare på deres baner. Så hvis du kunne måle deres bevægelse, af en prøve af stjerner, begynder det faktisk at give dig et greb om, hvordan det mørke stof er fordelt rundt i galaksen.
