De fleste isolerede massive stjerner bliver smidt ud af deres hobe

Et par studier fra University of Michigan afslører, hvordan nogle massive stjerner - stjerner otte gange eller flere gange vores sols masse - bliver isoleret i universet:oftest, deres stjernehobe sparker dem ud.

Massive stjerner opholder sig typisk i hobe. Isolerede massive stjerner kaldes feltmassive stjerner. Papirerne udgivet af U-M-studerende undersøgte de fleste af disse stjerner i den lille magellanske sky, en dværggalakse nær Mælkevejen.

Studierne, optræder i samme nummer af The Astrophysical Journal , afsløre, hvordan disse feltmassive stjerner opstår, eller blive så isoleret. At forstå, hvordan feltmassive stjerner bliver isoleret - uanset om de dannes isoleret, eller om de bliver isoleret ved at blive slynget ud af en stjernehob - vil hjælpe astronomer med at undersøge de forhold, hvorunder massive stjerner dannes. At forstå dette og klyngedannelse er afgørende for at forstå, hvordan galakser udvikler sig.

"Omkring en fjerdedel af alle massive stjerner ser ud til at være isolerede, og det er vores store spørgsmål, " sagde den nylige bachelor Johnny Dorigo Jones. "Hvordan de er fundet isolerede, og hvordan de kom derhen."

Dorigo Jones viser i sit papir, at langt størstedelen af ​​feltmassive stjerner er 'løbende,' ' eller stjerner udstødt fra klynger. Kandidatstuderende Irene Vargas-Salazar ledte efter massive feltstjerner, der muligvis er dannet i relativ isolation, ved at lede efter beviser for små hobe omkring dem. Det betyder, at disse relativt isolerede stjerner kunne være dannet i forbindelse med disse mindre stjerner. Men hun fandt meget få af disse svage klynger.

"Fordi massive stjerner kræver meget materiale for at dannes, der er normalt mange mindre stjerner omkring dem, " Sagde Vargas-Salazar. "Mit projekt spørger specifikt, hvor mange af disse feltmassive stjerner der kunne være dannet i feltet."

Dorigo Jones undersøgte, hvordan feltmassive stjerner skydes ud fra hobe. Han ser på de to forskellige mekanismer, der producerer løbsk:dynamisk udstødning og binær supernovaudstødning. Først og fremmest, de massive stjerner slynges ud af deres hobe – med op til en halv million miles i timen – på grund af ustabile orbitale konfigurationer af stjernegrupper. I den anden, en massiv stjerne skydes ud, når et binært par har én stjerne, der eksploderer og skyder sin ledsager ud i rummet.

"Ved at have hastighederne og masserne af vores stjerner, vi er i stand til at sammenligne fordelingen af ​​disse parametre med modelforudsigelserne for at bestemme de bestemte bidrag fra hver af udstødningsmekanismerne, " sagde Dorigo Jones.

Han fandt ud af, at dynamiske udstødninger - udstødninger forårsaget af ustabile orbitale konfigurationer - var omkring 2 til 3 gange flere end supernovaudstødninger. Men Dorigo Jones fandt også de første observationsdata, der viser, at en stor brøkdel af feltets massive stjerner kom fra en kombination af både dynamiske og supernovaudstødninger.

"Disse er blevet undersøgt tidligere, men vi har nu sat de første observationsmæssige begrænsninger på antallet af disse to-trins løbske, " sagde han. "Måden vi når frem til den konklusion er, at vi i det væsentlige ser, at stjernerne, der sporer supernova-udstødningerne i vores prøve, er lidt for mange og for hurtige sammenlignet med modelforudsigelserne. Du kan forestille dig, at dette afhjælpes ved, at disse stjerner bliver accelereret igen ved et supernovaspark, først blevet dynamisk udstødt."

Forskerne fandt ud af, at potentielt op til halvdelen af ​​de stjerner, man først troede var fra supernovaudslyngninger, først blev slynget ud dynamisk.

Vargas-Salazars resultater understøtter også ideen om, at de fleste feltmassive stjerner er løbsk, men hun så på modsatte forhold:hun ledte efter feltmassive stjerner, der dannedes i relativ isolation i bittesmå hobe af mindre stjerner, hvor den massive målstjerne er, kaldet "toppen af ​​isbjerget, eller TIB-klynger. Hun gjorde dette ved hjælp af to algoritmer, "venner-af-venner" og "nærmeste naboer, " for at søge efter disse hobe omkring 310 feltmassive stjerner i den lille magellanske sky.

"Venner-af-venner"-algoritmen måler antallet af stjerner ved at tælle, hvor mange stjerner der er i en bestemt afstand fra målstjernen og derefter gøre det samme for disse stjerner igen. Jo tættere stjernerne er, jo mere sandsynligt er det, at det er en klynge. Algoritmen "nærmeste naboer" måler antallet af stjerner mellem målstjernen og dens nærmeste 20 ledsagere. Jo mere kompakt og tættere gruppen er, jo mere sandsynligt er det, at de er klynger, Vargas-Salazar sagde.

Ved hjælp af statistiske tests, Vargas-Salazar sammenlignede disse observationer med tre tilfældige feltdatasæt og sammenlignede de kendte løbske massive stjerner med ikke-løbne. Hun fandt ud af, at kun få af de massive feltstjerner så ud til at have TIB-hobe omkring sig, tyder på, at meget få faktisk er dannet i feltet. Balancen af ​​feltstjernerne må være opstået som løbsk.

"Til sidst, vi viste, at 5 % eller mindre af stjernerne havde TIB-hobe. I stedet, vores fund tyder på, at størstedelen af ​​stjerner i feltprøver kan være løbsk, " sagde Vargas-Salazar. "Vores resultater understøtter faktisk det resultat, som Johnny fandt, pakket ind i en pæn lille sløjfe."

Vargas-Salazars fund giver en del af svaret på spørgsmålet om, hvordan massive stjerner dannes, siger Sally Oey, seniorforfatter på begge artikler og professor i astronomi ved U-M.

"Johnny og Irenes arbejde er bagsiden af ​​samme sag, " sagde Oey. "Irenes tal stemmer overens med Johnnys, idet langt størstedelen af ​​markmassive stjerner er løbsk, men at nogle få ikke er det. Dette er et kritisk fund for at forstå, hvordan massive stjerner og hobe dannes, og under hvilke forhold."