Лоеб и Гильшон рассчитали, что слияние сверхмассивных черных дыр должно было бы выбросить звезды с широким диапазоном скоростей. Немногие из них достигли бы околосветовой скорости, но остальные разогнались бы достаточно серьезно. К примеру, говорит Лоеб, в наблюдаемой Вселенной может быть больше триллиона звезд, которые движутся со скоростью 1/10 от световой, то есть порядка 107 000 000 километров в час.
Поскольку движение одиночной изолированной звезды через межгалактическое пространство будет достаточно тусклым, только мощные телескопы будущего вроде , запланированного к запуску в 2018 году, смогут их обнаружить. Да и то, скорее всего, такие телескопы смогут увидеть только звезды, которые достигли наших галактических окрестностей. Большинство выброшенных звезд, скорее всего, образовались рядом с центрами галактик и были выброшены вскоре после своего рождения. Это означает, что они путешествуют уже большую часть своего жизненного времени. В таком случае возраст звезды будет приблизительно равен времени, которое путешествует звезда. Объединив время пути с измеренной скоростью, астрономы смогут определить расстояние от домашней галактики звезды до наших галактических окрестностей.
Если астрономы смогут найти звезды, которые были выброшены из одной галактики в разное время, они смогут использовать их для измерения расстояния до этой галактики в разных моментах в прошлом. Глядя на то, как это расстояние менялось со временем, можно будет определить, насколько быстро расширяется Вселенная.
Две сливающиеся галактики
У сверхбыстрых блуждающих звезд может быть и другое применение. Когда сверхмассивные черные дыры сталкиваются одна с другой, они создают рябь в пространстве и времени, которые отображают интимные подробности слияния черных дыр. Космический телескоп eLISA, запланированный к запуску в 2028 году, будет выявлять гравитационные волны. Поскольку сверхбыстрые звезды образуются, когда черные дыры вот-вот сольются, они будут выступать своего рода сигналом, который укажет eLISA на возможные источники гравитационных волн.
Существование таких звезд будет одним из самых ярких сигналов того, что две сверхмассивные черные дыры находятся на пороге слияния, говорит астрофизик Энрико Рамирес-Руис из Калифорнийского университета в Санта-Крус. Хотя их может быть сложно обнаружить, они будут представлять принципиально новый инструмент для изучения Вселенной.
Через 4 миллиарда лет наша галактика столкнется с галактикой Андромеда. Две сверхмассивные черные дыры в их центрах сольются, и звезды тоже могут быть выброшены. Наше Солнце слишком далеко от центра галактик, чтобы быть выброшенным, но другая звезда, возможно, будет удерживать обитаемые планеты. И если люди к тому времени еще будут существовать, они потенциально смогут сесть на эту планету и отправиться в другую галактику. Хотя, конечно, эта перспектива далека, как ни одна другая.
Астрономы нашли самую быстровращающуюся звезду из когда-либо обнаруженных. Горячий голубой гигант вращается с головокружительной скоростью -1 млн миль/ч (1,6 млн. км/ч) или в 100 раз быстрее, чем наше Солнце. Звезда близка к точке, когда она начнет разрушаться за счет центробежных сил.
Двое исследователей из Space Telescope Science Institute в Балтиморе, штат Мэриленд, Сельма де Норки и Дэниел Леннон, являются частью международной группы астрономов, которые использовали Very Large Telescope Европейской южной обсерватории на Серро Параналь в Чили, чтобы найти массивную, яркую молодую звезду, называемую VFTS 102. Она лежит в соседней карликовой галактике, Большом Магеллановом Облаке, на расстоянии около 160 тысяч световых лет от Земли. Астрономы полагают, что она, возможно, была выброшена из двойной звездной системы из-за взрыва её спутника.
Астрономы также обнаружили, что звезда, которая приблизительно в 25 раз больше массы Солнца и в 100 тысяч раз ярче, двигалась в пространстве со скоростью, значительно отличающейся от скорости ее соседей.
"Выдающаяся скорость вращения и необычное движение по сравнению с окружающими звездами привело нас к мысли, что у этой звезды был необычный ранний этап жизни," сказал Филип Дуфтон из Королевского университета в Белфасте, Северная Ирландия. "Это было подозрительно".
Эта разница в скорости может означать, что VFTS 102 является убегающей звездой - звездой, которая были выброшена из двойной звездной системы после взрыва ее спутника, подобно сверхновой.
Команда предполагает, что звезда могла начать свою жизнь как один из компонентов двойной звезды. Если обе звезды находились настолько близко друг к другу, что газ компаньона мог передаваться другой, то в процессе звезды вращались все быстрее и быстрее. Это объяснило бы один необычный факт - почему она вращается так быстро. После короткой жизни, которая длилась около 10 миллионов лет, массивный спутник взорвался как сверхновая. Взрыв привел к выбросу звездой и может объяснить вторую аномалию - разницу между скоростью у других звезд в этом регионе. Когда он взорвался, массивный спутник затем превратился в пульсар. Любопытно, что поблизости есть остаток сверхновой и пульсар. Но еще не ясно, являются ли они связанными с VFTS 102.
Но астрономы не могут быть уверены, что события развивались именно оп этому сценарию. "Это захватывающая история, поскольку она объясняет каждую из непривычных особенностей, которые мы видели", сказал Дуфтон. "Эта звезда показывает нам неожиданную сторону короткой, но драматической жизни звезды".
Чтобы проверить эту теорию, ученые используют космический телескоп Хаббл, чтобы сделать точные измерения движения звезды в пространстве.
Какая звезда вращается быстрее всех? Если не считать нейтронные звезды и другие продукты звездной эволюции, то ответ надо искать среди массивных молодых звезд. Совсем недавно астрономы обнаружили звезду-рекордсмен, которая вращается быстрее любой другой нормальной звезды. Свое открытие астрономы совершили с помощью Очень Большого Телескопа Европейской южной обсерватории, сообщает пресс-релиз ESO .
Самая быстровращающаяся звезда находится в галактике-спутнике Млечного Пути, Большом Магеллановом Облаке, на расстоянии 160000 световых лет от Земли. Астрономы выявили ее в ходе обзора самых ярких и массивных звезд в , колыбели тысяч звезд в Большом Магеллановом Облаке. Среди множества звезд, сияющих в этой туманности, звезда VFTS 102 обладает одной совершенно уникальной характеристикой: она вращается со скоростью более 2 миллионов километров в час! Это более чем в 300 раз превышает скорость вращения Солнца и очень близко к критической скорости, при которой звезда будет разорвана центробежной силой. Звезда VFTS 102 является на сегодняшний день самой быстровращающейся звездой.
Участок туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Стрелкой показана звезда VFTS 102, которая является самой быстровращающейся звездой из всех известных. Изображение получено из комбинации снимков в оптическом и инфракрасном диапазонах, полученных на 2,2-метровом телескопе MPG/ESO в обсерватории Ла-Силья и 4,1-метровом инфракрасном телескопе VISTA в обсерватории Паранал. Фото: ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellanic Cloud survey/Cambridge Astronomical Survey Unit
Познакомимся с ней поближе. Это настоящая звезда-гигант, в 25 раз массивнее Солнца и примерно в 100000 раз ярче его. По космическим меркам жизнь таких звезд коротка, как у бабочки-однодневки. Исчерпав ядерное горючее, они взрываются сверхновыми звездами. В эти краткие мгновения их светимость нередко превышает светимость целой галактики.
«Невероятно большая скорость вращения и необычное движение среди окружающих звезд заставили нас задуматься, не произошло ли с этой звездой чего-либо необыкновенного на ранних стадиях ее существования. Нас охватили подозрения»Астрономы обнаружили, что звезда VFTS 102 движется в пространстве со скоростью, существенно отличающейся от скорости соседних с ней звезд. «Невероятно большая скорость вращения и необычное движение среди окружающих звезд заставили нас задуматься, не произошло ли с этой звездой чего-либо необыкновенного на ранних стадиях ее существования. Нас охватили подозрения», - говорит Филип Дафтон (Philip Dufton) из Королевского Университета в Белфасте, Северная Ирландия (Queen’s University Belfast, Northern Ireland, UK), ведущий автор статьи, в которой излагаются результаты исследования.
Пекулярная скорость VFTS 102 указывает на то, что эта звезда, возможно, была выброшена из двойной системы после того как ее компаньон взорвался в виде сверхновой. Такие звезды, разогнавшиеся благодаря «эффекту пращи» называют звездами-беглецами. Идея, что VFTS 102 является «беглянкой», поддерживается наблюдательными фактами: в окрестности VFTS 102 обнаружены пульсар и связанный с ним остаток сверхновой.
Самая быстровращающаяся звезда в изображении художника. Массивная и яркая молодая звезда VFTS 102 вращается со скоростью 2 миллиона километров в час или более 500 км/с! Центробежные силы искажают сферическую форму звезды, образуя на экваторе звезды тонкий диск горячей плазмы. Звезда могла раскрутиться за счет получения материала от компаньона, который, вероятно, взорвался в виде сверхновой, и прекратил свое существование.
Самая быстрая из известных звезд Млечного Пути находится на пути прочь из галактики, и последнее исследование показывает, что галактического пинка с ускорением звезде дала сверхновая. Звезда-беженка US 708 движется со скоростью 12 000 км/с - или 43 миллиона км/ч - и тем самым определяется как самая быстрая звезда в Млечном Пути из известных астрономов доныне. Ее скорость позволяет покинуть гравитационное притяжение галактики и в конечном итоге вырваться в межгалактическое пространство.
Большинство других звезд, которые движутся достаточно быстро, чтобы покинуть галактику, как полагают ученые, выбрасываются монструозной черной дырой в центре галактики. US 708 - первая звезда с другой историей происхождения на данный момент, и, как показывает исследование, ее жизнь была странной и хаотичной.
Наше Солнце и большинство из миллионов звезд Млечного Пути коллективно вращаются вокруг центра галактики с относительно небольшой скоростью: наше Солнце движется со скоростью 724 000 км/ч, или 200 км/с. Но есть класс так называемых высокоскоростных звезд (hypervelocity stars), которые движутся с достаточно высокой скоростью, чтобы избежать гравитационное притяжение галактики.
До сих пор самая быстрая из таких высокоскоростных звезд двигалась со скоростью порядка 3,5 миллиона километров в час. Но US 708 движется со скоростью более 40 миллионов километров в час.
«Она значительно быстрее», - говорит Стефан Гейер, научный сотрудник Европейской южной обсерватории и соавтор нового исследования. Гейер и его коллеги впервые обнаружили US 708 в 2005 году. В своей новой работе, вместе с коллегами, он смог измерить скорость звезды, используя текущие и архивные данные, и отследить изменение ее движения в течение 70 лет в общем.
Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути может поиграть гравитационными мышцами и выбросить любую звезду, оказавшуюся с ней по соседству, и многие другие высокоскоростные звезды, как полагают, взялись именно оттуда. Но US 708 начала свое движение не из галактического центра.
Ученые говорят, что звезда, вероятно, была на орбите другой звезды, когда ее путь изменился. US 708 и ее партнер вращались друг вокруг друга очень быстро и с очень небольшим расстоянием между ними. Соседняя звезда взорвалась в качестве сверхновой и была полностью разрушена. US 708 внезапно оказалась без гравитационного троса, и скорость вращения внезапно придала звезде движение по прямой линии.
«Вы как будто едете на карусели, связанные с цепью, и разрезаете цепь - вы тут же вылетите с карусели, - говорит Гейер. - В данном случае карусель взорвалась».
Необычная судьба для звезды
Ученые не могут взглянуть назад во времени и увидеть, что случилось с US 708, прежде чем она вышла на свой нынешний курс. Но улики, которые им нужны, скрываются в физических характеристиках и нынешнем поведении светила.
Скорость - не единственное, что отличает US 708 от других высокоскоростных звезд. До 2014 года все обнаруженные звезды такого плана были похожи на наше Солнце. В начале того же года была обнаружена группа более крупных высокоскоростных звезд (эти звезды, похоже, родились в центре галактики). Но US 708 не средняя, не большая и не огромная; она известна как горячий субкарлик.
Как следует из названия, горячие субкарлики небольшие, но очень горячие, что говорит о том, что когда-то они были значительно массивнее. US 708 в настоящее время имеет около половины массы нашего Солнца, но ученые говорят, что, скорее всего, звезда была красным гигантом с массой, в два-три раза большей нашего Солнца. Внешние водородные слои красного гиганта, вероятно, перетекли в ближайшую звезду, оставив субкарлику по большей части гелий.
Звезда-каннибал была, скорее всего, белым карликом: коллапсировавшая звезда, которая больше не сжигала топливо. После того как она съела внешние слои водорода US 708, она начала высасывать гелий, что и привело к разрыву.
Гелий весьма горючий газ, и по мере того, как белый карлик поглощал этот материал, создавая толстый горячий слой на своей поверхности, гелий воспламенялся. Теория предполагает, что это воспламенение и скопление гелия привело к горению углерода внутри звезды, что могло привести в дальнейшем к разрушению всей звезды, как во время взрыва сверхновой типа 1а.
«Белый карлик был полностью уничтожен, - говорит Гейер. Опять же, отделение белого карлика могло направить US 708 по пути из галактики. Но взрыв сам по себе вряд ли обеспечил звезду достаточным количеством энергии, чтобы та могла покинуть систему. - Думаю, это одна из самых драматических историй о жизни звезды. Звезда через многое прошла».
Ученые не могут сказать наверняка, что US 708 пришла из региона, где обычно рождаются сверхновые первого типа. Остатки такого события давно уже испарились. Но физические характеристики звезды приводят их именно к такому выводу: факт, что US 708 - это горячий субкарлик, состоящий по большей части из гелия, и факт, что она вращается очень быстро (вследствие близкого расположения по отношению к белому карлику).
Гейер и его коллеги говорят, что изучение большего числа звезд, похожих на US 708, может предоставить больше информации о том, как образуются сверхновые типа 1a. Ученые используют эти яркие точки для измерения больших расстояний во Вселенной, поэтому их понимание может повлиять на многие области астрономии.
На Гавайях астрономы обнаружили звезду, которая стала в своём роде рекордсменом среди светил нашей Галактики. Она движется с небывалой скоростью в 1200 километров в секунду, или 2,7 миллионов километров в час, что примерно на 750 километров в секунду быстрее средней звёздной скорости в Галактике.
Её скорость настолько высока, что звезда буквально противится силе притяжения Млечного Пути и "убегает" из него. В отличие от других , это компактное небесное тело, как выяснили учёные, было изгнано очень мощным термоядерным взрывом сверхновой.
Большинство звёзд, в том числе и наше Солнце, вращаются вокруг своей оси с умеренными скоростями. Только некоторые звёзды при вращении — они не вращаются по конкретной орбите, а избегая силы притяжения галактик, .
Обычно из нашей Галактики такие звёзды выбрасываются, как предполагают учёные, . Часто, когда бинарная система звёзд подходит слишком быстро к сверхмассивной чёрной дыре, интенсивное гравитационное поле разрывает пару — одна звезда попадает внутрь дыры, а другую выбрасывает в межгалактическое пространство.
(фото NASA/CXC/U.Texas).
Группа астрономов под руководством Стефана Гайера (Stephan Geier) из Европейской Южной обсерватории наблюдала за данной звездой, известной как горячий субкарлик О US 708, с помощью спектрографа Ecellette и тепловизора 10-метрового телескопа Keck II. Сама звезда была открыта 10 лет назад и, кажется, представляет собой остаток красного гиганта , который был лишён всего своего водорода — осталось лишь плотное, горячее гелиевое ядро, массой около трети нашего Солнца.
Учёные измерили расстояние до звезды и её скорость вращения на настоящий момент (более 100 километров в секунду). Затем они сравнили полученные измерения координат с цифровыми архивами Pan-SRARRS1 и вычислили тангенциальную составляющую скорости звезды .
Совместив все измерения, группа определила, что в настоящий момент звезда перемещается со скоростью 1200 километров в секунду, что намного выше, чем скорости других известных звёзд-путешественниц, блуждавших по Млечному Пути. Что ещё важнее, траектория US 708 свидетельствует о том, что сверхмассивная чёрная дыра в центре Галактики никак не могла стать причиной развития такой высокой скорости субкарлика.
"US 708 явно не бежала из галактического центра, а в нашей Галактике точно нет второй сверхмассивной чёрной дыры, — комментирует Гейер. — Чёрные дыры меньших размеров, образовывающиеся при коллапсе массивной звезды, такую работу выполнить не смогут.
(иллюстрация ESA/HUBBLE, NASA, S. GEIER).
Тело US 708 является быстро вращающейся компактной гелиевой звездой, которая, скорее всего, образовалась при взаимодействии с другой звездой, то есть изначально она была частью ультракомпактной бинарной системы, обмениваясь гелием с массивным белым карликом .
В конечном счёте такое соседство привело к термоядерному взрыву сверхновой типа Ia . Из-за детонации субкарлик US 708 был изгнан и отправился путешествовать с высокой скоростью по Галактике, а бинарная система распалась. Высокая скорость вращения US 708 подтверждает эту теорию.
Результаты данных наблюдений доказывают связь между гелиевыми звёздами и термоядерными сверхновыми. Астрономы считают их шагом к пониманию событий, предшествующих этим загадочным взрывам. Несмотря на то, что яркие взрывы сверхновых типа Iа используются для измерения ускоряющегося расширения Вселенной, причины их возникновения до сих пор неизвестны.
Что касается звезды US 708, то она покинет Млечный Путь примерно через 25 миллионов лет, с течением времени охладится и превратится в белого карлика. Результаты исследования описаны в статье , опубликованной в журнале Science.
Загрузка...
