Może się wydawać, że Słońce jest nieruchome, podczas gdy planety na jego orbicie się poruszają, ale w rzeczywistości Słońce krąży wokół Drogi Mlecznej z imponującą prędkością około 220 kilometrów na sekundę – prawie pół miliona mil na godzinę. Choć mogłoby się to wydawać szybkie, naukowcy zwrócili na to uwagę, gdy odkryto słabą czerwoną gwiazdę przecinającą niebo w zauważalnie szybkim tempie.
Dzięki wysiłkom obywatelskiego projektu naukowego o nazwie Backyard Worlds: Planet 9 i zespołowi astronomów z całego kraju odkryto, że przez Drogę Mleczną przelatuje rzadka hiperprędkość podkarła L. Co bardziej niezwykłe, gwiazda ta może znajdować się na trajektorii, która spowoduje, że całkowicie opuści Drogę Mleczną. Wyniki badań, kierowane przez profesora astronomii i astrofizyki Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, Adama Burgassera, zostały dziś zaprezentowane na konferencji prasowej podczas 244. krajowego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (AAS) w Madison w stanie Wisconsin.
Gwiazda o uroczej nazwie CWISE J124909+362116.0 („J1249+36”) została po raz pierwszy zauważona przez niektórych z ponad 80 000 wolontariuszy zajmujących się nauką obywatelską uczestniczących w projekcie Backyard Worlds: Planet 9, którzy przeczesują ogromne ilości danych zebranych w przeszłości 14 lat misji NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Projekt ten wykorzystuje niezwykłe zdolności ludzi, którzy są ewolucyjnie zaprogramowani do szukania wzorców i dostrzegania anomalii w sposób nieporównywalny z technologią komputerową. Ochotnicy oznaczają poruszające się obiekty w plikach danych, a gdy wystarczająca liczba ochotników oznacza ten sam obiekt, astronomowie prowadzą dochodzenie.
J1249+36 od razu wyróżniała się prędkością, z jaką porusza się po niebie, początkowo szacowaną na około 600 kilometrów na sekundę (1,3 miliona mil na godzinę). Przy tej prędkości gwiazda jest wystarczająco szybka, aby uciec przed grawitacją Drogi Mlecznej, co czyni ją potencjalną gwiazdą „hiperprędkości”.
Aby lepiej zrozumieć naturę tego obiektu, Burgasser zwrócił się do Obserwatorium WM Keck w Maunakea na Hawajach w celu zmierzenia jego widma w podczerwieni. Dane te ujawniły, że obiekt był rzadkim podkarłem typu L – klasą gwiazd o bardzo małej masie i temperaturze. Podkarły reprezentują najstarsze gwiazdy Drogi Mlecznej.
Wgląd w skład J1249+36 był możliwy dzięki nowemu zestawowi modeli atmosfery stworzonych przez absolwenta Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego Romana Gerasimowa, który współpracował z badaczem z UC LEADS Efrainem Alvarado III w celu wygenerowania modeli specjalnie dostosowanych do badania podkarłów typu L. „To było ekscytujące zobaczyć, że nasze modele były w stanie dokładnie dopasować się do obserwowanego widma” – powiedział Alvarado, który prezentuje swoje prace związane z modelowaniem na spotkaniu AAS.
Dane spektralne, wraz z danymi obrazowymi z kilku naziemnych teleskopów, pozwoliły zespołowi dokładnie zmierzyć położenie i prędkość J1249+36 w przestrzeni, a tym samym przewidzieć jej orbitę w Drodze Mlecznej. „W tym miejscu źródło stało się bardzo interesujące, ponieważ jego prędkość i trajektoria pokazały, że poruszało się wystarczająco szybko, aby potencjalnie uciec z Drogi Mlecznej” – stwierdził Burgasser.
Co dało kopa tej gwieździe?
Naukowcy skupili się na dwóch możliwych scenariuszach wyjaśniających niezwykłą trajektorię J1249+36. W pierwszym scenariuszu J1249+36 była pierwotnie małomasywnym towarzyszem białego karła. Białe karły to pozostałość po jądrach gwiazd, które wyczerpały swoje paliwo jądrowe i wymarły. Kiedy gwiezdny towarzysz znajduje się na bardzo bliskiej orbicie z białym karłem, może przenosić masę, powodując okresowe wybuchy zwane nowymi. Jeśli biały karzeł zgromadzi zbyt dużo masy, może się zapaść i eksplodować jako supernowa.
„W tego rodzaju supernowej biały karzeł ulega całkowitemu zniszczeniu, więc jego towarzysz zostaje uwolniony i odlatuje z prędkością orbitalną, z jaką pierwotnie się poruszał, plus trochę kopniaka spowodowanego eksplozją supernowej” – powiedział Burgasser. „Nasze obliczenia pokazują, że ten scenariusz się sprawdza. Białego karła już jednak nie ma, a pozostałości eksplozji, która prawdopodobnie miała miejsce kilka milionów lat temu, już rozproszyły się, więc nie mamy ostatecznego dowodu na to, że to jest jego pochodzenie .”
W drugim scenariuszu J1249+36 była pierwotnie członkiem gromady kulistej, ciasno powiązanej gromady gwiazd, natychmiast rozpoznawalnej po jej wyraźnym kulistym kształcie. Przewiduje się, że centra tych gromad zawierają czarne dziury o szerokim zakresie mas. Te czarne dziury mogą również tworzyć układy podwójne, a takie układy okazują się świetnymi katapultami dla wszelkich gwiazd, które przypadkiem zbliżą się do nich zbyt blisko.
„Kiedy gwiazda napotyka układ podwójny czarnej dziury, złożona dynamika interakcji trzech ciał może wyrzucić ją z gromady kulistej” – wyjaśnia Kyle Kremer, nowy adiunkt na Wydziale Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Kremer przeprowadził serię symulacji i odkrył, że w rzadkich przypadkach tego rodzaju interakcje mogą wyrzucić podkarła o małej masie z gromady kulistej i po trajektorii podobnej do tej obserwowanej dla J1249+36.
„To dowód na słuszność koncepcji” – powiedział Kremer, „ale tak naprawdę nie wiemy, z jakiej gromady kulistej pochodzi ta gwiazda”. Śledzenie J1249+36 wstecz w czasie umieszcza ją w bardzo zatłoczonej części nieba, która może ukrywać nieodkryte gromady.
Aby ustalić, czy którykolwiek z tych scenariuszy lub jakiś inny mechanizm może wyjaśnić trajektorię J1249+36, Burgasser powiedział, że zespół ma nadzieję przyjrzeć się bliżej jej składowi pierwiastkowemu. Na przykład, gdy biały karzeł eksploduje, tworzy ciężkie pierwiastki, które mogły „zanieczyścić” atmosferę J1249+36 podczas jego ucieczki. Gwiazdy w gromadach kulistych i galaktykach satelitarnych Drogi Mlecznej również charakteryzują się wyraźnymi wzorami liczebności, które mogą ujawnić pochodzenie J1249+36.
„Zasadniczo szukamy chemicznego odcisku palca, który pozwoliłby określić, z jakiego układu pochodzi ta gwiazda” – powiedział Gerasimov, którego prace modelarskie umożliwiły mu zmierzenie liczebności pierwiastków w chłodnych gwiazdach w kilku gromadach kulistych, pracę, którą również prezentuje w ramach Spotkanie AAS.
Niezależnie od tego, czy szybka podróż J1249+36 była skutkiem supernowej, przypadkowego spotkania z układem podwójnym czarnej dziury, czy też innego scenariusza, jej odkrycie zapewnia astronomom nową szansę na lepsze poznanie historii i dynamiki Drogi Mlecznej.