|
Убегающие звезды и карта темной материи
|
|
|
|
С 1920-х годов сверхскоростные звезды являются важным инструментом, позволяющим астрономам изучать свойства галактики Млечный Путь, такие как ее гравитационный потенциал и распределение вещества. Теперь астрономы из Китая провели масштабный поиск сверхскоростных звезд, используя особый класс звезд, известных своей отчетливой, регулярной и предсказуемой пульсацией, что делает их полезными в качестве индикаторов расстояния. Их исследование опубликовано в Astrophysical Journal.
|
|
|
|
Вторая космическая скорость любой планеты, звезды или галактики - это скорость, необходимая для того, чтобы масса, оторвавшись от поверхности объекта, полностью и точно вышла из гравитационного поля планеты и устремилась в бесконечность. Вторая космическая скорость Земли составляет 11,2 километра в секунду (км/с).
|
|
|
|
Любая масса, которая оторвется от поверхности с такой начальной скоростью, без дополнительной энергии покинет гравитационное поле Земли. Примерами могут служить камни, выброшенные с Земли в результате столкновения с приближающимся астероидом (как это произошло с камнями, которыми обменивались Земля и Марс), или возможный выброс стальной крышки, закрывавшей взрывную яму от подземного ядерного взрыва 1957 года в Неваде (если только крышка не испарилась при взлете в космос со скоростью, примерно в шесть раз превышающей скорость полета Земли скорость).
|
|
|
|
Скорость отрыва от Солнца составляет 618 км/с (но только в 42 км/с от положения Земли) и около 550 км/с от положения Солнца в Млечном Пути. Сверхскоростные звезды (HVSS) имеют тангенциальную скорость 1000 км/с и более, что делает их гравитационно независимыми от Млечного Пути.
|
|
|
|
|
|
|
Одним из известных способов возникновения HVSS является гравитационное взаимодействие со сверхмассивной черной дырой Стрелец А*, расположенной в центре Млечного Пути.
|
|
|
|
Механизм Хиллса, впервые предложенный астрономом Джеком Хиллсом в 1988 году, заключается в том, что одна звезда из двойной пары захватывается черной дырой, в то время как другая выбрасывается из черной дыры с высокой скоростью.
|
|
|
|
Такая выброшенная за борт звезда была впервые замечена в 2019 году, удаляясь от ядра Млечного Пути со скоростью 1755 км/с — на 0,6% от скорости света, — что превышает вторую космическую скорость центра галактики. Такие звезды также являются прямым доказательством существования сверхмассивных черных дыр в центрах галактик и их свойств.
|
|
|
|
Более того, проследив траектории убегающих звезд, ученые могут составить карту гравитационного потенциала Млечного Пути — того, как массы взаимодействуют внутри галактики, — включая распределение темной материи в гало, огромном сферическом объеме, который окружает диск галактики.
|
|
|
|
Руководствуясь этими соображениями, три астронома из научных учреждений Пекина во главе с ведущим автором Хаочжу Фу из Пекинского университета занялись поиском HVSS, начав со звезд RR Лиры (RRLS). Это старые гигантские звезды, пульсирующие с периодичностью от 0,2 до одного дня, которые находятся в плотном диске и гало галактики Млечный Путь и часто в шаровых скоплениях. (Млечный Путь содержит более 150 шаровых скоплений, причем около трети из них расположены в почти сферическом ореоле вокруг центра Млечного Пути.)
|
|
|
|
Внутренняя светимость этих RRL — их суммарная энергетическая отдача — относительно точно определяется соотношением, которое связывает период их пульсации, их абсолютную звездную величину и их металличность (обилие элементов тяжелее водорода и гелия, которые астрономы называют "металлами"). Знание их абсолютной выработки энергии и энергии, получаемой ими на Земле, позволяет рассчитать расстояние до них на основе отношения расстояния к обратному квадрату.
|
|
|
|
Один опубликованный звездный каталог содержал 8172 объекта, полученные в ходе цифрового обзора неба Sloan, а расширенный каталог содержал 135 873 объекта, металличность и расстояние до которых были оценены с помощью фотометрии Gaia, которая является измерением яркости звезд, наблюдаемой спутником Gaia, запущенным Европейским космическим агентством в 2013 году.
|
|
|
|
В поисках сверхскоростных RRL они исключили почти все, что не обладало свойствами, необходимыми для их поиска, особенно спектроскопические измерения, которые давали лучевые скорости (вдали от центра галактики) с достаточно низкой неопределенностью. Это значительно сократило соответствующий набор данных - до 165 гиперскоростных RRL.
|
|
|
|
Затем группа изучила кривую блеска каждой звезды, выбрав доплеровские сдвиги для 87 таких звезд, которые были наиболее надежными сверхскоростными звездами. (Из них семь имели тангенциальную скорость выше 800 км/с.) Они разделились на две группы: одна была сосредоточена в центре галактики Млечный Путь, а другая локализована вокруг Магеллановых облаков, Больших и Малых, двух неправильных карликовых галактик, расположенных вблизи Млечного Пути.
|
|
|
|
Их местоположение и концентрация позволяют предположить, что они достигли сверхскоростного состояния благодаря механизму "Холмов" (или аналогичному механизму). У многих из них наблюдались перемещения, превышающие вторую космическую скорость Млечного Пути, вероятно, они были выброшены из своих систем-хозяев.
|
|
|
|
Команда ученых подозревает, что будущие спутниковые наблюдения Gaia и спектроскопический анализ прольют свет на происхождение этих выбросов. Идентификация звезд-беглецов таким образом позволяет продолжить изучение свойств гало Млечного Пути, что, как мы надеемся, прольет свет на его темную материю, которая до сих пор остается одной из самых глубоких загадок во всей современной физике.
|
|
|
|
Источник
|
