Forskere bekræfter, at en massiv hyper-løbsk stjerne slynget ud fra Mælkevejsskiven

En hurtigt bevægende stjerne kan være blevet slynget ud fra Mælkevejens stjerneskive af en hob af unge stjerner, ifølge forskere fra University of Michigan, der siger, at stjernen ikke stammer fra midten af ​​galaksen, som tidligere antaget af astronomer.

"Denne opdagelse ændrer dramatisk vores syn på oprindelsen af ​​hurtigt bevægende stjerner, " sagde Monica Valluri, en forskningsprofessor ved Institut for Astronomi ved U-M's Litteraturhøjskole, Videnskab, og kunsten. "Den kendsgerning, at denne massive hurtigt bevægende stjernes bane stammer fra skiven snarere end i det galaktiske centrum, indikerer, at de meget ekstreme miljøer, der er nødvendige for at udstøde hurtigt bevægende stjerner, kan opstå andre steder end omkring supermassive sorte huller."

At producere en stjerne i hurtig bevægelse kræver masser af energi, normalt findes i ekstreme miljøer, sagde Valluri.

Mælkevejen indeholder titusinder af stjerner, hvoraf de fleste er fordelt i en pizzalignende struktur kaldet stjerneskiven. I 2005 astronomer opdagede først hurtigt bevægende stjerner, der bevæger sig mere end dobbelt så hurtigt som de fleste andre stjerner - mere end 1 million miles i timen, eller 500 kilometer i sekundet (310 miles/sekund), sammenlignet med resten af ​​galaksen, hvor stjerner i gennemsnit er lidt mere end 200 km/sek. (124 miles/sekund).

Mindre end 30 af disse ekstremt hurtigt bevægende stjerner (generelt kaldet "hyperhastighedsstjerner") er blevet opdaget indtil videre.

Når binære stjerner - et par stjerner, der kredser om hinanden, mens de bevæger sig gennem en galakse - passerer for tæt på et sort hul, den fanger en af ​​binærstjernerne, og den anden bliver slynget ud i en "tyngdekraftsslynge." For at producere den slags hastigheder, astronomerne måler for stjerner med hyperhastighed, det sorte hul skal være meget massivt.

Fordi der er beviser på, at der er et supermassivt hul i midten af ​​Mælkevejen, mange astronomer mener, at størstedelen af ​​hyperhastighedsstjerner blev slynget ud af dette supermassive sorte hul.

Valluri og U-M postdoc-forsker Kohei Hattori var interesserede i at spore banen for LAMOST-HVS1, en massiv hurtigt bevægende stjerne, der er tættere på Solen end nogen anden hyperhastighedsstjerne, for at finde ud af, hvor i Mælkevejen den blev udstødt. De brugte et af Magellan-teleskoperne i Chile til at bestemme stjernens afstand og hastighed.

Hattori sluttede sig derefter til en gruppe af internationale videnskabsmænd, der forsamledes i New York sidste år for at deltage i et hackathon for at downloade, dele og analysere data fra Den Europæiske Rumorganisations rummission Gaia, en rumastrometri mission for at lave den største, mest præcise tredimensionelle kort over Mælkevejen.

Ved at bruge den aktuelle placering og den aktuelle hastighed for stjernen afledt af Gaia og Magellan, astronomerne var i stand til at spore dens vej tilbage, eller kredsløb. Til deres overraskelse, det ser ud til, at stjernen blev slynget ud fra stjerneskiven, og ikke fra centrum af Mælkevejen.

"Vi troede, at denne stjerne kom fra det galaktiske centrum. Men hvis du ser på dens bane, det er klart, at det ikke er relateret til det galaktiske center, sagde Hattori. "Vi er nødt til at overveje andre muligheder for stjernens oprindelse."

Forfatterne teoretiserer, at udstødningen af ​​denne massive stjerne fra stjerneskiven kan være resultatet af, at stjernen oplever et tæt møde med flere massive stjerner eller et sort hul med mellemmasse i en stjernehob.

Selvom massive løbske stjerner, der er blevet kastet ud fra stjernehobe med hastigheder på 40-100 km/s (25-62 miles/sekund), har været kendt i lang tid, ingen er blevet observeret med den ekstreme udstødningshastighed, som er nødvendig for at forklare LAMOST-HVS1. Teoretiske modeller for løbske stjerner, der inkluderer multiple-massive stjerner, producerer også meget sjældent sådanne ekstreme hastigheder, antyder en mere eksotisk mulighed - et mellemmasse sort hul.

Stjernens beregnede bane stammer fra et sted i Normas spiralarm, som ikke er forbundet med tidligere kendte massive stjernehobe. Men hvis denne hypotetiske stjernehob eksisterer, det kan være skjult bag støvet i stjerneskiven. Hvis det bliver fundet, det ville give den første mulighed for direkte at opdage et sort hul med mellemmasse i Mælkevejens stjerneskive.

Også, det faktum, at denne stjerne kan blive slynget ud fra en massiv hob i stjerneskiven, antyder muligheden for, at mange andre hurtigt bevægende stjerner også kan være blevet kastet ud fra sådanne stjernehobe, siger forskerne.

Både Mælkevejen og den store magellanske sky (en separat lille galakse, kredser om Mælkevejen) er kendt for at have nogle massive stjernehobe, der kan være vigtige udstødere af hurtigt bevægende stjerner, i modsætning til den bredt accepterede opfattelse, at de blev udstødt af interaktioner med de centrale sorte huller i en af ​​disse galakser.

Dette ville også føre til ny indsigt i stjernernes interaktioner og den mulige dannelse af mellemmasse sorte huller i stjernehobe, siger forskerne.

Ud over Valluri og Hattori, forfattere omfattede UM's Guillaume Mahler; Norberto Castro fra UM og Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam, Tyskland; Ian Roederer fra U-M og Joint Institute for Nuclear Astrophysics-Center for Evolution of the Elements; og Gourav Khullar fra University of Chicagos Kavli Institute of Cosmological Physics.

Deres resultater er offentliggjort i det aktuelle nummer af Astrofysisk tidsskrift .