2017.07.07. - A Tejútrendszer leggyorsabb csillagai a szomszédból szöktek meg

A cambridge-i egyetem kutatói szerint a Tejútrendszer leggyorsabban mozgó csillagai, amelyek olyan gyorsak, hogy akár el is szökhetnének, tényleg szökevények, mégpedig kísérőgalaxisunkból, a Nagy Magellán-felhőből.

A University of Cambridge kutatói az Sloan Digital Sky Survay (SDSS) adatait felhasználva számítógépes szimulációkkal demonstrálták, hogy a csillagsprinterek a Nagy Magellán-felhőből (Large Magellanic Cloud, LMC), a Tejútrendszert kísérő egyik törpegalaxisból származnak. A nagyon gyorsan mozgó, ún. hipersebességű csillagok akkor hagyhatták el eredeti helyüket, amikor egy kettős rendszer egyik tagjának szupernóva-robbanása a másik komponenst kipenderítve elég nagy sebességre gyorsíthatta, hogy az legyőzze az LMC gravitációját, majd utána nyomban a Tejútrendszer csapdájába essen.

A csillagászok először azt gondolták, hogy a hipersebességű csillagokat - amelyek nagy kék csillagok - a Tejútrendszer centrumát uraló szupernagy tömegű fekete lyuk penderítette ki. Más forgatókönyvek (törpegalaxisok szétesése, kaotikus csillaghalmazok) alapján is nyerhetnek ilyen nagy sebességet, de ezek egyike sem tudja megmagyarázni azt, hogy miért csak az égbolt egy bizonyos részén detektálták azokat. Eddig körülbelül 20 hipersebességű csillagot észleltek, főleg az északi éggömbön, lehetséges azonban, hogy sokkal több is van, csak azok a déli égbolton figyelhetők meg. A kutatócsoport vezetőjét, Douglas Boubertet, az egyetem PhD hallgatóját nem elégítették ki a hipersebességű csillagok eredetére vonatkozó korábbi magyarázatok, és az is felkeltette a figyelmét, hogy azok nagy részét az Oroszlán és a Szeksztáns csillagképekben fedezték fel.

A hipersebességű csillagok eredetének egy alternatív magyarázata, hogy azok kettős rendszerekből szöktek meg. Egy kettős rendszerben minél közelebb vannak egymáshoz a komponensek, annál gyorsabban mozognak a tömegközéppont körül. Ha az egyik tag szupernóvaként felrobban, a rendszer is felbomolhat, és a másik csillag azzal a sebességgel repül ki, amellyel keringett. A kiszabaduló komponens a szökevénycsillag. A Tejútrendszerből származó szökevénycsillagok nem elég gyorsak, hogy hipersebességűek legyenek, ugyanis a kék csillagok nem keringhetnek elég közel egymáshoz, különben összeolvadnának. Egy gyorsan mozgó galaxis azonban szolgálhat ilyen fürge csillagokkal.

A Nagy Magellán-felhő a Tejútrendszer körül keringő több tucatnyi törpegalaxis közül a legnagyobb és leggyorsabb. Tömege csak 10 százaléka a Tejútrendszerének, így a szökevénycsillagai könnyen kiszabadulhatnak a gravitációs öleléséből. Az LMC 400 km/s sebességgel kering a Tejútrendszer körül, így a vonatból a mozgás irányába kilőtt puskagolyóhoz hasonlóan a szökevénycsillagok ezt a sebességet is öröklik. Ez pedig már bőven elegendő, hogy hipersebességű csillagnak nevezzük őket. A csoport egyik tagja, Rob Izzard szerint így nem csak a sebesség nagysága magyarázható meg, de az iránya is, mivel a leggyorsabb szökevények az LMC mozgásiránya mentén dobódnak ki, ez pedig éppen az Oroszlán és a Szeksztáns csillagképek felé mutat.

Fantáziakép a szökevénycsillagok áramáról.
[Amanda Smith, Institute of Astronomy]

A kutatók az SDSS adatain alapuló numerikus szimulációval vizsgálták csillagok születését és halálát az LMC-ben az elmúlt kétmilliárd év során, és rögzítettek minden szökevénycsillagot. Az LMC-ből kidobódó szökevények további pályáját egy másik szimulációval követték, amelybe az LMC gravitációs hatása mellett már e Tejútrendszeré is be volt építve. A szimulációk alapján meg tudták jósolni, hogy az égbolt melyik részén várható leginkább a Nagy Magellán-felhő szökevényeinek feltűnése. Boubert szerint az egész égboltra vetítve 10 ezer LMC-szökevény várható, a szimulált csillagok fele pedig olyan gyors, hogy nem csak a Nagy Magellán-felhőt, de a Tejútrendszert is képes elhagyni, azaz hipersebességű csillag. Ha a korábban ismert hipersebességű csillagok is ilyen szökevények, akkor pedig az égi pozícióik is magyarázhatók.

A nagy tömegű kék csillagok néhány száz millió év után neutroncsillaggá vagy fekete lyukká összeroppanva végzik pályafutásukat. Ez a szökevénycsillagokra is igaz. A szimulációban a legtöbbjük az LMC-ből való kiszabadulás után "röptében" pusztult el. A visszamaradt neutroncsillagok és fekete lyukak ugyanúgy folytatták tovább az útjukat, így a kutatók a 10 ezer szökevénycsillag mellett a Tejútrendszerben keresztül-kasul röpködő milliónyi szökevény neutroncsillagot és fekete lyukat is jósolnak.

Boubert szerint az is hamarosan kiderül, hogy tényleg igazuk van-e. Az ESA Gaia űrszondájának egymilliárd csillagra vonatkozó adatai ugyanis rövidesen nyilvánosságra kerülnek, és abban látszódnia kell majd a hipersebességű csillagok áramának az északi Oroszlán és Szeksztáns csillagképek, valamint a déli Nagy Magellán-felhő között.

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2017.07.05.