Nowo odkryty podkarzeł typu L odbywa niezwykłą podróż przez naszą Galaktykę.
Może się wydawać, że Słońce jest nieruchome, podczas gdy planety na jego orbicie się poruszają – ale w rzeczywistości Słońce krąży przez Drogę Mleczną z imponującą prędkością około 220 kilometrów na sekundę. To znaczące tempo, jednak kiedy odkryto słabą czerwoną gwiazdę przecinającą niebo w zauważalnie szybkim tempie, naukowcy zwrócili na to uwagę.
Dzięki wysiłkom obywatelskiego projektu naukowego o nazwie Backyard Worlds: Planet 9 oraz zespołu astronomów z całych Stanów Zjednoczonych w Drodze Mlecznej odkryto rzadką gwiazdę, podkarła typu L o hiperprędkości. Co więcej, gwiazda ta może znajdować się na trajektorii, która sprawi, że całkowicie opuści Drogę Mleczną. Badania, prowadzone przez profesora astronomii i astrofizyki Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UC San Diego), Adama Burgassera, zostały zaprezentowane na konferencji prasowej podczas 224. krajowego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (American Astronomical Association – AAS) w Madison w stanie Wisconsin.
Gwiazda o wdzięcznej nazwie CWISE J124909+362116.0 (w skrócie J1249+36) została po raz pierwszy zauważona przez ponad 80 tysięcy wolontariuszy uczestniczących w projekcie Backyard Worlds: Planet 9, którzy przeczesują ogromne ilości danych zebranych w ciągu ostatnich 14 lat przez misję Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Ludzie są ewolucyjnie zaprogramowani do poszukiwania wzorców i dostrzegania anomalii w sposób, który nie ma sobie równych w technologii komputerowej. Ochotnicy oznaczają poruszające się obiekty w plikach danych, a gdy wystarczająca liczba ochotników oznaczy ten sam obiekt, astronomowie badają sprawę.
J1249+36 natychmiast wyróżniła się ze względu na prędkość, z jaką porusza się po niebie, wstępnie szacowaną na około 600 kilometrów na sekundę. Przy tej prędkości gwiazda jest wystarczająco szybka, aby uciec przed grawitacją Drogi Mlecznej, co czyni ją potencjalną gwiazdą o hiperprędkości.
Aby lepiej zrozumieć naturę tego obiektu, Burgasser zwrócił się do Obserwatorium M.W. Keck na Maunakea na Hawajach, aby zmierzyć jej widmo w podczerwieni. Dane te ujawniły, że obiekt był rzadkim podkarłem typu L – klasą gwiazd o niskiej masie i temperaturze. Podkarły reprezentują najstarsze gwiazdy w Drodze Mlecznej.
Wgląd w skład J1249+36 był możliwy dzięki nowemu zestawowi modeli atmosfery stworzonemu przez Romana Gerasimova – absolwenta UC San Diego , który współpracował z naukowcem z projektu UC Leadership Excellence through Advanced Degrees (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.
Dane spektralne, wraz z danymi obrazowymi z kilku naziemnych teleskopów, pozwoliły zespołowi dokładnie zmierzyć pozycję 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 porusza 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 J1249+36 była pierwotnie małomasywnym towarzyszem białego karła. Białe karły to pozostałości po gwiazdach, które wyczerpały swoje paliwo jądrowe i wygasły. Gdy gwiezdny towarzysz znajduje się na bardzo bliskiej orbicie z białym karłem, może przenosić masę, powodując okresowe wybuchy zwane nowymi. Jeżeli biały karzeł zgromadzi zbyt dużo masy, może zapaść się 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 poruszał się pierwotnie, a także z niewielkim „kopnięciem” spowodowanym wybuchem supernowej – powiedział Burgasser. Nasze obliczenia pokazują, że ten scenariusz działa. Jednak białego karła już tam nie ma, a pozostałości po eksplozji, która prawdopodobnie miała miejsce kilka milionów lat temu, już się rozproszyły, więc nie mamy dowodu na to, że to jest jego pochodzenie.
W drugim scenariuszu J1249+36 była pierwotnie członkiem gromady kulistej, ciasno związanego skupiska gwiazd, natychmiast rozpoznawalnego dzięki wyraźnemu kulistemu kształtowi. Przewiduje się, że centra tych gromad zawierają czarne dziury o szerokim zakresie mas. Te czarne dziury mogą również tworzyć układy podwójne, a takie sytuacje okazują się być świetnymi katapultami dla wszelkich gwiazd, które znajdą się zbyt blisko nich.
Kiedy gwiazda napotyka czarną dziurę w układzie podwójnym, złożona dynamika interakcji trzech ciał może wyrzucić tę gwiazdę z gromady kulistej – wyjaśnił Kyle Kremer, nowy adiunkt na Wydziale Astronomii i Astrofizyki UC San Diego. Kremer przeprowadził serię symulacji i odkrył, że w rzadkich przypadkach tego rodzaju interakcje mogą wyrzucić małomasywnego podkarła z gromady kulistej na trajektorię podobną do tej zaobserwowanej dla J1249+36.
To dowód słuszności koncepcji – powiedział Kremer – ale tak naprawdę nie wiemy, z jakiej gromady kulistej pochodzi ta gwiazda. Śledzenie J1249+36 w czasie umieszcza ją w bardzo zatłoczonej części nieba, która może skrywać nieodkryte gromady.
Burgasser wskazał, że aby ustalić, czy któryś z tych scenariuszy lub inny mechanizm może wyjaśnić trajektorię J1249+36, zespół ma nadzieję dokładniej przyjrzeć się jej składowi pierwiastkowemu. Na przykład, gdy biały karzeł eksploduje, tworzy ciężkie pierwiastki, które mogły „zanieczyścić” atmosferę J1249+36 podczas ucieczki. Gwiazdy w gromadach kulistych i galaktykach satelitarnych Drogi Mlecznej również mają wyraźne wzorce obfitości, które mogą ujawnić pochodzenie J1249+36.
Szukamy chemicznego odcisku palca, który wskazałby, z jakiego systemu pochodzi ta gwiazda – powiedział Gerasimov, którego praca nad modelowaniem umożliwiła mu zmierzenie obfitości pierwiastków chłodnych gwiazd w kilku gromadach kulistych.
Niezależnie od tego, czy szybka podróż J1249+36 była spowodowana przez supernową, przypadkowym spotkaniem z czarną dziurą w układzie podwójnym czy innym scenariuszem, jej odkrycie stanowi nową okazję dla astronomów, aby dowiedzieć się więcej o historii i dynamice Drogi Mlecznej.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: UC San Diego
Na ilustracji: Symulacja hipotetycznej pary białego karła J1249+36 kończy się eksplozją białego karła w supernową. Źródło: Adam Makarenko / W.M. Keck Observatory
