Słońce porusza się wokół galaktyki Drogi Mlecznej z prędkością około 220 kilometrów na sekundę, co stanowi prawie pół miliona mil na godzinę. Jednak gdy odkryto słabą czerwoną gwiazdę poruszającą się po niebie zauważalnie szybko, naukowcy zaczęli się interesować.

Dzięki wysiłkom inicjatywy nauki obywatelskiej Backyard Worlds: Planet 9 i zespołu astronomów z całego kraju odkryto rzadką hiper-szybką gwiazdę typu L subkarła, która pędzi przez Drogę Mleczną. Ta gwiazda może być na trajektorii, która wyrzuci ją z Drogi Mlecznej. Badania, prowadzone przez profesora astronomii i astrofizyki Adama Burgassera z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, zostały dziś przedstawione na konferencji prasowej podczas 244. krajowego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (AAS) w Madison, Wisconsin.

Gwiazda, pieszczotliwie nazwana CWISE J124909+362116.0 (“J1249+36”), została po raz pierwszy zauważona przez ponad 80 000 wolontariuszy w projekcie Backyard Worlds: Planet 9, którzy przeglądają ogromne ilości danych zebranych w ciągu ostatnich 14 lat misji NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Projekt ten wykorzystuje zdolność ludzi do rozpoznawania wzorców i anomalii w sposób, który jest nieporównywalny z technologią komputerową. Wolontariusze oznaczają poruszające się obiekty w plikach danych, a gdy wystarczająca liczba wolontariuszy oznaczy ten sam obiekt, astronomowie badają go dalej.

J1249+36 od razu wyróżniła się prędkością, z jaką porusza się po niebie, początkowo oszacowaną na około 600 kilometrów na sekundę (1,3 miliona mil na godzinę). Przy tej prędkości gwiazda jest wystarczająco szybka, by uciec przed grawitacją Drogi Mlecznej, co czyni ją potencjalną “hiper-szybką” gwiazdą.

Aby lepiej zrozumieć naturę tego obiektu, Burgasser zwrócił się do obserwatorium W.M. Keck na Maunakea, Hawaje, aby zmierzyć jej widmo w podczerwieni. Dane ujawniły, że obiekt jest rzadką gwiazdą typu L subkarła - klasą gwiazd o bardzo małej masie i temperaturze. Subkarły reprezentują najstarsze gwiazdy w Drodze Mlecznej.

Modele atmosfery
Wgląd w skład J1249+36 umożliwiły nowe zestawy modeli atmosferycznych stworzonych przez Romana Gerasimova, byłego studenta UC San Diego, który współpracował z naukowcem UC LEADS Efrainem Alvarado III, aby stworzyć modele specjalnie dostosowane do badania subkarłów L. “Było ekscytujące zobaczyć, że nasze modele mogą dokładnie odpowiadać obserwowanemu widmu,” powiedział Alvarado, który prezentuje swoją pracę nad modelowaniem na spotkaniu AAS.

Dane spektralne, wraz z danymi obrazowania z kilku teleskopów naziemnych, pozwoliły zespołowi na dokładne zmierzenie pozycji i prędkości J1249+36 w przestrzeni oraz przewidzenie jej trajektorii przez Drogę Mleczną. “Tutaj źródło stało się bardzo interesujące, ponieważ jego prędkość i trajektoria pokazały, że porusza się wystarczająco szybko, aby potencjalnie uciec z Drogi Mlecznej,” powiedział Burgasser.

Wyjaśnienie nietypowej trajektorii
Badacze skupili się na dwóch możliwych scenariuszach, aby wyjaśnić nietypową trajektorię J1249+36. W pierwszym scenariuszu, J1249+36 była pierwotnie niskomasowym towarzyszem białego karła. Białe karły to jądra gwiazd, które wyczerpały swoje paliwo jądrowe i wyłączyły się. Gdy towarzysz gwiazdy ma bardzo bliską orbitę z białym karłem, może przenosić masę, co skutkuje okresowymi wybuchami zwanymi nowami. Jeśli biały karzeł zgromadzi zbyt dużo masy, może się zapadać i wybuchać jako supernowa.

“W tego typu supernowie, biały karzeł jest całkowicie zniszczony, więc jego towarzysz zostaje uwolniony i leci z prędkością, z jaką pierwotnie orbitował, plus nieco dodatkowego impetu od wybuchu supernowej,” powiedział Burgasser. “Nasze obliczenia pokazują, że ten scenariusz działa. Jednak biały karzeł już tam nie ma, a pozostałości wybuchu, który prawdopodobnie miał miejsce kilka milionów lat temu, już się rozproszyły, więc nie mamy ostatecznego dowodu, że to jest jego pochodzenie.”

W drugim scenariuszu, J1249+36 była pierwotnie członkiem gromady kulistej, ściśle związanej grupy gwiazd rozpoznawalnej po jej kulistym kształcie. Środki tych gromad przewiduje się, że zawierają czarne dziury o różnych masach. Te czarne dziury mogą również tworzyć systemy binarne, a takie systemy mogą być doskonałymi katapultami dla każdej gwiazdy, która zbliży się zbyt blisko.

“Kiedy gwiazda spotyka binarną czarną dziurę, złożona dynamika tej interakcji trzech ciał może wyrzucić tę gwiazdę z gromady kulistej,” wyjaśnił Kyle Kremer, nadchodzący adiunkt na Wydziale Astronomii i Astrofizyki UC San Diego. Kremer przeprowadził serię symulacji i odkrył, że w rzadkich przypadkach tego typu interakcje mogą wyrzucić niskomasowego subkarła z gromady kulistej na trajektorię podobną do obserwowanej dla J1249+36.

“To pokazuje dowód na zasadę,” powiedział Kremer, “ale tak naprawdę nie wiemy, z której gromady kulistej pochodzi ta gwiazda.” Śledzenie J1249+36 wstecz w czasie umieszcza ją w bardzo zatłoczonym obszarze nieba, który może ukrywać nieodkryte gromady.

Aby ustalić, czy którykolwiek z tych scenariuszy lub jakiś inny mechanizm może wyjaśnić trajektorię J1249+36, Burgasser powiedział, że zespół planuje bliżej przyjrzeć się jej składowi pierwiastkowemu. Na przykład, gdy biały karzeł wybucha, tworzy ciężkie pierwiastki, które mogą “zanieczyścić” atmosferę J1249+36, gdy została uwolniona. Gwiazdy w gromadach kulistych i satelitarnych galaktykach Drogi Mlecznej również mają specyficzne wzorce obfitości, które mogą ujawnić pochodzenie J1249+36.

“Zasadniczo szukamy chemicznego odcisku palca, który wskazywałby, z którego systemu pochodzi ta gwiazda,” powiedział Gerasimov, którego praca nad modelowaniem pozwala mu mierzyć obfitość pierwiastków w chłodnych gwiazdach w kilku gromadach kulistych, praca, którą również przedstawia na spotkaniu AAS.

Niezależnie od tego, czy szybka podróż J1249+36 jest spowodowana supernową, przypadkowym spotkaniem z binarną czarną dziurą, czy jakimś innym scenariuszem, jej odkrycie daje astronomom nową możliwość poznania więcej na temat historii i dynamiki Drogi Mlecznej.

Źródło: University of California