De flesta stjärnor i vår galax beter sig förutsägbart och kretsar runt Vintergatans centrum med hastigheter på cirka 100 km/s (62 mi/s). Men vissa stjärnor uppnår hastigheter som är betydligt högre, till den grad att de till och med kan undkomma galaxens gravitationskraft. Dessa är kända som hyperhastighetsstjärnor (HVS), en sällsynt typ av stjärna som tros vara resultatet av interaktioner med ett supermassivt svart hål (SMBH).
Förekomsten av HVS är något som astronomer först teoretiserade i slutet av 1980-talet, och endast 20 har identifierats hittills. Men tack vare a ny studie av ett team av kinesiska astronomer har två nya hyperhastighetsstjärnor lagts till den listan. Dessa stjärnor, som har betecknats LAMOST-HVS2 och LAMOST-HVS3, färdas i hastigheter på upp till 1 000 km/s (620 mi/s) och tros ha sitt ursprung i mitten av vår galax.
Studien som beskriver teamets resultat, med titeln ' Upptäckten av två nya hyperhastighetsstjärnor från LAMOST spektroskopiska undersökningar ', dök nyligen upp på nätet. Under ledning av Yang Huang från South-Western Institute for Astronomy Research vid Yunnan University i Kunming, Kina, förlitade sig teamet på data från Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) för att upptäcka dessa två nya hyperhastighetsstjärnor.
Fotavtryck från LAMOST-pilotundersökningen och de första tre årens allmänna undersökning. Kredit: LAMOST
Astronomer uppskattar att endast 1000 HVS existerar inom Vintergatan. Med tanke på att det finns så många som 200 miljarder stjärnor i vår galax, är det bara 0,0000005 % av den galaktiska befolkningen. Medan dessa stjärnor tros ha sitt ursprung i mitten av vår galax - förmodligen som ett resultat av interaktion med vår SMBH, Skytten A* – de lyckas resa ganska långt, ibland till och med fly vår galax helt och hållet.
Det är just av denna anledning som astronomer är så intresserade av HVS. Med tanke på deras hastighet och de enorma avstånd de kan täcka, kan spårning av dem och skapa en databas över deras rörelser ge begränsningar för formen på den mörka materiens halo i vår galax. Därför började Dr Huang och hans kollegor sålla igenom LAMOST-data för att hitta bevis på nya HVS.
Beläget i Hebei-provinsen, nordvästra Kina, drivs LAMOST-observatoriet av kinesiska vetenskapsakademin . Under loppet av fem år genomförde detta observatorium en spektroskopisk undersökning av 10 miljoner stjärnor i Vintergatan, såväl som miljontals galaxer. I juni 2017 släppte LAMOST sin tredje Data Release (DR3), som inkluderade spektra som erhölls under pilotundersökningen och dess första tre års regelbundna undersökningar.
Med högkvalitativa spektra på 4,66 miljoner stjärnor och stjärnparametrarna på ytterligare 3,17 miljoner, är DR3 för närvarande den största offentliga spektraluppsättningen och stjärnparameterkatalogen i världen. LAMOST-data hade redan använts för att identifiera en stjärna med hyperhastighet, en stjärna av B1IV/V-typ (huvudsekvens blå subjätte/subdvärg) som var 11 solmassor, 13490 gånger så ljusstark som vår sol och hade en effektiv temperatur på 26 000 K (25 727 °C; 46 340 °F).
Konstnärens intryck av hypervelocity-stjärnor (HVS) som rusar genom galaxen. Kredit: ESA
Denna HVS betecknades LAMOST-HSV1, för att hedra observatoriet. Efter att ha upptäckt två nya HVS i LAMOST-data, betecknades dessa stjärnor som LAMOST-HSV2 och LAMOST-HSV3. Intressant nog är dessa nyupptäckta HVS också blå subdvärgar i huvudsekvensen - eller en stjärna av B2V-typ respektive B7V-typ.
Medan HSV2 är 7,3 solmassor, är 2399 gånger så självlysande som vår sol och har en effektiv temperatur på 20 600 K (20 327 °C; 36 620 °F), HSV3 är 3,9 solmassor, är 309 gånger så lysande som solen, och har en effektiv temperatur på 14 000 K (24 740 °C; 44 564 °F). Forskarna övervägde också det möjliga ursprunget för alla tre HVS baserat på deras rumsliga positioner och flygtider.
Förutom att tänka på att de har sitt ursprung i mitten av Vintergatan, överväger de också alternativa möjligheter. Som de säger i sin studie:
'De tre HVS är alla rumsligt associerade med kända unga stjärnstrukturer nära GC, vilket stöder ett GC-ursprung för dem. Två av dem, dvs LAMOST-HVS1 och 2, har dock livstider som är mindre än deras flygtider, vilket indikerar att de inte har tillräckligt med tid att resa från GC till de nuvarande positionerna om de inte är blå eftersläpande (som i fallet med HVS HE 0437-5439). Den tredje (LAMOST-HVS3) har en längre livslängd än sin flygtid och har därför inte detta problem.
Med andra ord är dessa stjärnors ursprung fortfarande något av ett mysterium. Utöver tanken att de snabbades upp genom att interagera med SMBH i mitten av vår galax, övervägde teamet också andra möjligheter som har föreslagit under åren.
Konstnärens intryck av ESA:s rymdfarkost Gaia som tittar in i hjärtat av Vintergatans galax. Kredit: ESA/ATG medialab/ESO/S. Brunier
Som de säger i denna studie, dessa 'inkluderar tidvattenskräp från en ansamlad och störd dvärggalax (Abadi et al. 2009), de överlevande följeslagarstjärnorna från typ Ia supernova (SNe Ia) explosioner (Wang & Han 2009), resultatet av dynamisk interaktion mellan flera stjärnor (t.ex. Gvaramadze et al. 2009) och de flyktingar som kastats ut från det stora magellanska molnet (LMC), förutsatt att det senare är värd för en MBH (Boubert et al. 2016).
I framtiden indikerar Huang och hans kollegor att deras studie kommer att dra nytta av ytterligare information som kommer att tillhandahållas av ESA:s Gaia-uppdrag, som de hävdar kommer att kasta ytterligare ljus över hur HVS beter sig och var de kommer ifrån. Som de säger i sina slutsatser:
'De kommande exakta proper motion-mätningarna av Gaia borde ge en direkt begränsning av deras ursprung. Slutligen förväntar vi oss att fler HVS kommer att upptäckas av de pågående LAMOST spektroskopiska undersökningarna och därmed ge ytterligare begränsningar för naturen och utstötningsmekanismerna för HVS.'
Vidare läsning: arXiv