Исследование сбежавших звезд выявило неожиданный факт об их происхождении

В начале 1960-х годов голландский астроном Адриан Блау наблюдал за звездами, движущимися с необычайно высокими скоростями по Млечному пути. Как выяснилось, эти звезды были несвязанными объектами, выброшенными из Млечного пути и периодически совершавшими круговые движения по диску галактики.

Блау предположил, что эти звезды возникли в двойных системах и были выброшены, когда звезда-компаньон коллапсировала и оторвалась от своих внешних слоев в результате сверхновой.

К 2005 году были обнаружены еще более быстро движущиеся убегающие звезды, что привело к появлению обозначения «гиперскоростные звезды».

Недавно исследователи из различных институтов Испании объявили о завершении самого масштабного на сегодняшний день наблюдательного исследования убегающих массивных звезд. Используя данные обсерватории Gaia Европейского космического агентства и высококачественные спектры из спектроскопической базы данных IACOB, команда проанализировала 214 звезд типа O — самого яркого и массивного класса звезд в галактике.

Полученные результаты проливают новый свет на то, как эти звездные объекты выбрасываются в космос и каково их происхождение. В частности, они показывают, что большинство убегающих звезд изначально не были двойными компаньонами.

Эти убегающие звезды представляют интерес для астрономов из-за влияния, которое они оказывают на эволюцию галактик. Покидавая свои системы происхождения, они излучают газ и пыль в межзвездной среде, в конечном итоге насыщая ее тяжелыми элементами после взрыва сверхновой.

Это, в свою очередь, влияет на то, как будут формироваться будущие звезды и планеты в межзвездной среде. Понимание происхождения убегающих массивных звезд приведет к усовершенствованию моделей звездной эволюции, а также к созданию новых моделей того, как двойные системы, звездные скопления и сверхновые влияют на галактическую эволюцию.

С момента их открытия астрономы задавались вопросом, как эти звезды приобретают такие высокие скорости, и рассматривали два возможных сценария: взрывной выброс сверхновыми в двойных системах или гравитационный выброс при сближении со звездными скоплениями.

Однако относительный вклад этих механизмов в превращение гигантских звёзд в убегающие объекты в нашей Галактике оставался неизвестным. Короче говоря, учёные не могли сказать, какой из возможных сценариев является наиболее вероятным и наиболее распространённым. Чтобы прояснить этот вопрос, группа испанских исследователей проанализировала данные Gaia и IACOB для характеристики этих звёзд.

В период с 2013 по 2025 год обсерватория Gaia измерила собственное движение, светимость, температуру и состав более 2 миллиардов звезд в Млечном пути — процесс, известный как астрометрия.

Эти данные будут использованы для создания самой точной на сегодняшний день трехмерной карты Млечного пути, что позволит ответить на многие нерешенные вопросы о происхождении, структуре и эволюции нашей галактики.

Проект IACOB, в свою очередь, представляет собой долгосрочную наблюдательную кампанию, направленную на получение всестороннего обзора физических свойств и эволюции массивных OB-звезд в Млечном пути.

Объединив эти два источника данных, команда смогла измерить скорость вращения и точку происхождения для самой большой на сегодняшний день выборки убегающих звезд O-типа в галактике. По определению, этот термин относится к звездам, скорость которых часто превышает 700 км/с — достаточно высокая, чтобы преодолеть гравитацию Млечного пути.

Результаты показывают, что большинство убегающих звёзд вращаются медленно, в то время как те, которые вращаются быстрее, с большей вероятностью связаны со взрывами сверхновых в двойных системах. Также было обнаружено, что самые высокоскоростные звёзды, как правило, являются одиночными, что предполагает, что они были выброшены из молодых скоплений в результате гравитационного взаимодействия.

Команда также идентифицировала 12 убегающих двойных систем, включая три источника рентгеновских двойных систем, содержащих нейтронные звезды или черные дыры, и три дополнительные системы, которые, вероятно, являются кандидатами на наличие черных дыр.

«Это самое всеобъемлющее наблюдательное исследование такого рода в Млечном пути», — говорит ведущий автор исследования Мар Карретеро-Кастрильо из Европейской южной обсерватории. «Объединив информацию о вращении и двойственности, мы предоставляем научному сообществу беспрецедентные ограничения на то, как формируются эти убегающие звезды».

Наконец, команда обнаружила, что практически ни одна из исследованных ими звезд не демонстрировала высоких скоростей и быстрого вращения. Это стало самым убедительным доказательством того, что за выброс звезд из звездных систем отвечают несколько механизмов.

Будущие публикации данных Gaia и продолжающиеся спектроскопические исследования помогут астрономам отследить эти звезды до мест их рождения в Млечном пути. Это позволит им подтвердить, какой механизм был ответственен за это, и может привести к открытию более экзотических двойных систем, включая те, которые все еще имеют гравитационно связанные системы планет.

Изучение этих систем может пролить свет на еще одну роль, которую они могут играть в галактической эволюции: распределение основных компонентов жизни по всей Галактике.