Solen rusar genom galaxen med en hastighet som är 30 gånger högre än en rymdfärja i omloppsbana (klockar in på 220 km/s med avseende på det galaktiska centrumet). De flesta stjärnor i Vintergatan färdas med en relativt liknande hastighet. Men vissa stjärnor bryter definitivt stjärnhastighetsgränsen. Ungefär en av en miljard stjärnor färdas med en hastighet som är ungefär 3 gånger högre än vår sol – så snabbt att de lätt kan fly helt och hållet från galaxen!
Vi har upptäckt dussintals av dessa så kallade hyperhastighetsstjärnor. Men exakt hur når dessa stjärnor så höga hastigheter? Astronomer från University of Leicester kan ha hittat svaret.
Den första ledtråden kommer genom att observera stjärnor med hyperhastighet, där vi kan notera deras hastighet och riktning. Från dessa två mätningar kan vi spåra dessa stjärnor bakåt för att hitta deras ursprung. Resultaten visar att de flesta stjärnor med hyperhastighet börjar röra sig snabbt i Galactic Center.
Vi har nu en ungefärlig uppfattning om var dessa stjärnor får sin fart, men intehurde når så höga hastigheter. Astronomer tror att två processer sannolikt kommer att sparka stjärnor i så höga hastigheter. Den första processen involverar en interaktion med det supermassiva svarta hålet (Sgr A*) i mitten av vår galax. När ett binärt stjärnsystem vandrar för nära Sgr A*, kommer sannolikt en stjärna att fångas, medan den andra stjärnan sannolikt kastas bort från det svarta hålet i en alarmerande hastighet.
Den andra processen involverar en supernovaexplosion i ett binärt system. Dr. Kastytis Zubovas, huvudförfattare på papper Sammanfattningsvis här, berättade för Universe Today, 'Supernova-explosioner i binära system stör dessa system och tillåter den återstående stjärnan att flyga iväg, ibland med tillräcklig hastighet för att fly galaxen.'
Det finns dock en varning. Binära stjärnor i mitten av vår galax kommer både att kretsa kring varandra och kretsa kring Sgr A*. De kommer att ha två hastigheter associerade med dem. 'Om stjärnans hastighet runt binärens masscentrum råkar överensstämma med hastigheten för masscentrumet runt det supermassiva svarta hålet, kan den kombinerade hastigheten vara tillräckligt stor för att helt undkomma galaxen', förklarade Zubovas.
I det här fallet kan vi inte sitta och vänta på att observera en supernovaexplosion som bryter upp ett binärt system. Vi måste ha väldigt tur för att fånga det! Istället förlitar sig astronomer på datormodellering för att återskapa fysiken i en sådan händelse. De sätter upp flera beräkningar för att bestämma den statistiska sannolikheten för att händelsen ska inträffa och kontrollera om resultaten matchar observationer.
Astronomer från University of Leicester gjorde just detta. Deras modell inkluderar flera ingångsparametrar, såsom antalet binärer, deras initiala platser och deras orbitalparametrar. Den beräknar sedan när en stjärna kan genomgå en supernovaexplosion, och beroende på positionen för de två stjärnorna vid den tiden, sluthastigheten för den återstående stjärnan.
Sannolikheten att en supernova stör ett binärt system är större än 93 %. Men flyr sekundärstjärnan då från det galaktiska centrumet? Ja, 4 – 25 % av tiden. Zubovas beskrev: 'Även om detta är en mycket sällsynt händelse kan vi förvänta oss att flera tiotals sådana stjärnor kommer att skapas under 100 miljoner år.' De slutliga resultaten tyder på att denna modell skjuter ut stjärnor med hastigheter som är tillräckligt höga för att matcha det observerade antalet hyperhastighetsstjärnor.
Antalet hyperhastighetsstjärnor matchar inte bara observationer utan också deras fördelning i rymden. 'Hyperhastighetsstjärnor som produceras av vår supernova-avbrottsmetod är inte jämnt fördelade på himlen', säger Dr. Graham Wynn, en medförfattare på tidningen. 'De följer ett mönster som behåller ett avtryck av stjärnskivan de bildades i. Observerade hyperhastighetsstjärnor följer ett mönster ungefär som detta.'
Till slut var modellen mycket framgångsrik när det gäller att beskriva de observerade egenskaperna hos hyperhastighetsstjärnor. Framtida forskning kommer att inkludera en mer detaljerad modell som gör det möjligt för astronomer att förstå hyperhastighetsstjärnornas slutliga öde, effekten som supernovaexplosioner har på deras omgivning och själva galaktiska centrum.
Det är troligt att båda scenarierna – binära system som interagerar med det supermassiva svarta hålet och ett som genomgår en supernovaexplosion – bildar hyperhastighetsstjärnor. Att studera båda kommer att fortsätta att svara på frågor om hur dessa snabba stjärnor bildas.
Resultaten kommer att publiceras i Astrophysical Journal ( förtryck finns här )