Убегающая звезда что это
Космическая скорость 455 км/с: как появились сверхскоростные звезды
Высокоскоростными называются звезды с огромной пространственной скоростью, которые могут в какой-то момент покинуть свою галактику. Рассказываем подробнее о самых быстрых звездах.
Читайте «Хайтек» в
Что такое сверхскоростные звезды?
Убегающая звезда, звезда-беглянка — та, которая движется с аномально высокой скоростью по отношению к окружающей межзвездной среде.
Собственное движение подобной звезды часто указывается именно относительно звездной ассоциации, членом которой она когда-то должна была стать, прежде чем была выброшена из нее. Наше Солнце является лишь одной из 400 млрд звезд в нашей галактике — Млечный Путь.
Галактика вращается медленно, совершая один оборот за 250 млн лет. Большинство звезд в Млечном Пути идут в ногу с его медленным вращением: скорость Солнца, например, относительно других звезд составляет 19,4 км/с. Но в галактике существуют и «убегающие звезды»: их скорость относительно других звезд составляет до 200 км/с.
Около 10–30% звезд спектрального класса О и 5–10% всех звезд спектрального класса В обладают скоростями подобного порядка. Все они — относительно молодые жители галактики — возрастами до 50 млн лет, и за это время они проходят в пространстве относительно небольшие расстояния — от сотен парсек до нескольких килопарсек, поэтому иногда представляется возможным определить скопление, в котором они родились.
Убегающие звезды и головная ударная волна
Некоторые убегающие звезды производят головную ударную волну сжатого вещества, которая очень похожа на головную волну вокруг лодки, плывущей по воде. Эта волна имеет ту же физическую природу, что и ударная волна, создаваемая реактивным истребителем в воздухе.
Когда звезда-беглец движется с большой скоростью через межзвездную среду (очень тонкую смесь газа и пыли) со сверхзвуковой скоростью, то межзвездное вещество становится заметно в виде головной ударной волны.
Термин «Сверхзвуковая скорость» означает, что скорость движущегося объекта выше, чем скорость звука в окружающей среде. В то время как в нижнем слое атмосферы Земли эта скорость составляет около 330 м/с, то в почти пустом межзвездном пространстве ее значение примерно 10 км/с.
Таким образом, обнаружение головной ударной волны вокруг OB-звезды означает, что она движется со сверхзвуковой скоростью, и тем самым ее можно надежно идентифицировать как убегающую звезду, даже если ее скорость не была измерена непосредственно.
Характеристики звезд
На расстоянии 750 пк от Солнца известно 56 убегающих звезд. Эти звезды почти не отличаются от остальных звезд дисковой составляющей галактики по всем своим параметрам, кроме высокой пространственной скорости. Четыре звезды из этой группы обладают массой выше 25 солнечной (для них масса определяется по виду спектра с не очень высокой точностью).
Сейчас предполагается, что такие звезды образуются либо при динамической эволюции скоплений и ассоциаций в которых они родились (наиболее вероятная причина — тесное тройное сближение), либо в результате распада двойной системы при взрыве сверхновой, когда бегущая звезда получает начальный импульс при взрыве звезды-компаньона.
В то время как теоретически возможны оба механизма, астрономы на практике обычно склоняются к гипотезе взрыва сверхновой. Р. Хугерверт и его коллеги из Лейденской обсерватории в Нидерландах использовали данные, полученные спутником Hipparcos, чтобы проследить во времени движение 56 убегающих звезд и нашли доказательства в поддержку обеих теорий.
Авторы проследили движение этих звезд в галактике и для большинства из них (в том числе для всех четырех массивных) нашли, когда и из какой ассоциации эти звезды вылетели, а также какой из двух возможных механизмов выброса действовал для каждой конкретной звезды (большинство звезд было выброшено при распаде двойных).
Скорее всего все четыре массивные убегающие звезды приобрели свою высокую пространственную скорость в результате взрывов сверхновых в двойных системах.
Авторы приводят несколько аргументов в пользу такого вывода:
Определение процентного соотношения первого и второго механизма в формировании убегающих звезд накладывает сильные ограничения на теории формирования скоплений и эволюции звезд.
Численное моделирование, проделанное в 2000 году, показало, что число убегающих звезд может помочь определить, например, число рождавшихся двойных пар в скоплениях.
Радиальные скорости измерены всего для одной трети звезд О-В каталога Hipparcos. По имеющимся данным можно сказать, что оба механизма примерно равнозначны. С ростом количества убегающих звезд, для которых будет определены скорость и положение в пространстве, можно будет найти их родительские скопления, а также возраст и их начальные скорости.
Звезда находится в созвездии Жирафа и удалена от Земли на четыре тысячи световых лет. Ее масса превышает массу Солнца в 25–30 раз, она в пять раз горячее Солнца (ее температура равна 30 тыс. градусов) и в 500 тыс. раз ярче Солнца.
Убегающая звезда α Жирафа создает головную ударную волну, которая распространяется со скоростью 60 км/с и сжимает межзвездную среду на своём пути. Головная волна отстоит от самой звезды примерно на десять световых лет.
Звезда испускает также мощный звездный ветер. Астрономы долго полагали, что α Жирафа была выброшена из ближайшего скопления молодых горячих звезд вследствие гравитационного взаимодействия с другими членами скопления. Согласно другой гипотезе, звезда могла приобрести скорость (вылетев из двойной системы) в результате взрыва массивной звезды-компаньона как сверхновой.
При движении ζ Змееносца образует перед собой дугообразную волну из межзвездного вещества, которая отлично видна на этом красочном инфракрасном снимке, сделанном космическим аппаратом WISE.
На фотографии в искусственных цветах ζ Змееносца выглядит голубоватой. Она расположена вблизи центра картинки и движется вверх со скоростью 24 км/с. Масса звезды в 20 раз превышает солнечную. Сильный звездный ветер летит впереди звезды, сжимая и нагревая межзвёздное вещество и формируя головную ударную волну.
АЕ Возничего — яркая звезда чуть ниже и левее центра этого красочного портрета туманности IC 405, также известной под названием Туманность пламенеющей звезды.
Окруженная космическим облаком горячая переменная звезда спектрального типа О своим энергичным излучением заставляет светиться водород, расположенный вдоль газовых волокон. Голубой свет звезды отражается от межзвездной пыли. Звезда АЕ Возничего родилась совсем не в том облаке, которое она подсвечивает.
Рекорд скорости
Одна из самых быстро убегающих звезд — US 708 в созвездии Большой Медведицы. Ее обнаружили в 1982-м и переоткрыли в 2005-м. Долгое время считали, что ее, как и другие объекты этого типа, выкинула сверхмассивная черная дыра из центра Галактики.
В 2019 году новый рекорд US 708 поставила S5-HSV1 в созвездии Журавля. Объект открыли в обзоре Англо-австралийского телескопа. Ее скорость — 1,7 тыс. километров в секунду. Сейчас это единственная с большой вероятностью доказанная сверхскоростная звезда, пришедшая из центра Млечного Пути.
Чем могут помочь сверхскоростные звезды?
Сейчас сверхскоростные звезды обнаруживают в гало — за пределами видимой части галактики. В противоположность типичному «населению» окраин, состоящему из красных затухающих старых звезд, это молодые горячие голубые гиганты.
Такие рождаются в центре Млечного Пути, где идет активное звездообразование. Однако сильное гравитационное поле сверхмассивной черной дыры отрывает их от пары и разгоняет до скорости убегания из Галактики. Они очень яркие, и потому их легче обнаруживать.
На существование гало ученых навела аномалия скорости вращения внешних областей Галактики. Ее не объяснить, если бы там были только звезды. Нужна большая дополнительная масса. Ее называют темной материей, поскольку напрямую мы ее не фиксируем.
Какая форма у гало, сферическая или уплощенная, неизвестно, но траектории сверхскоростных звезд помогут ответить на этот вопрос. Анализируя эти данные, профессор Ави Леб из Гарварда с коллегами оценили массу Млечного Пути вместе с темной материей в 1,2-1,9 триллион масс Солнца.
Убегающая звезда
Связанные понятия
Тесные двойные системы — разновидность двойных систем, в которых на тех или иных этапах своей эволюции входящие в неё компоненты могут обмениваться массой. Расстояние между звездами в тесной двойной системе сравнимо с размерами самих звёзд. Поэтому в таких системах возникают более сложные эффекты, чем просто притяжение: приливное искажение формы, прогрев излучением более яркого компаньона и т. д. Обмен веществом вносит существенные коррективы в ход звездной эволюции, поэтому компоненты тесных двойных.
Яркие голубые переменные (ЯГП; англ. Luminous blue variables, LBV), также известные как переменные типа S Золотой Рыбы (англ. S Doradus variables, SDOR) — очень яркие голубые пульсирующие гипергиганты, названные по звезде S Золотой Рыбы (S Dor) в Большом Магеллановом Облаке. Они показывают неправильные (иногда циклические) изменения блеска с амплитудой от 1m до 7m. Обычно, это самые яркие голубые звезды галактик, в которых они наблюдаются. Как правило, связаны с диффузными туманностями и окружены.
Чёрные дыры звёздных масс образуются как конечный этап жизни звезды: после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведёт к уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под действием гравитации. Сжатие может остановиться на определённом этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс.
Звёздные населе́ния (англ. stellar populations) — типы звёздного состава галактик. Различаются по химическому составу, пространственному распределению, положению на диаграмме Герцшпрунга — Рассела, собственным скоростям и другим критериям. Классификация по двум населениям была предложена Бааде в 1944 году и дополнена ещё одной группой в конце 1970-х.
Раскрыта природа убегающей из Млечного Пути странной звезды
Астрономы Бостонского университета раскрыли возможную природу странной звезды LP 40-365, которая летит сквозь галактику со скоростью около двух миллионов километров в час — этого достаточно, чтобы убежать из Млечного Пути. Этот объект представляет собой остаток звезды, которая ранее располагалась в двойной системе, но из-за вспышки сверхновой получила мощный толчок. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Убегающий остаток звезды находится на расстоянии около 600 парсеков или двух тысяч световых лет и летит со скоростью около 600 километров в секунду. Объект также характеризуется необычным химическим составом и имеет высокую металличность, то есть содержит, в основном, только элементы тяжелее водорода и гелия, являющиеся продуктами ядерных реакций во время вспышки сверхновой. Таким образом, LP 40-365 представляет собой осколок звезды, оставшийся после взрыва, относящегося к сверхновым типа Iax.
Астрономы проанализировали данные космических телескопов «Хаббл» и TESS и обнаружили, что объект вращается, делая один оборот вокруг оси за девять часов. Относительно низкая скорость вращения указывает на то, что LP 40-365 представляет собой остаток белого карлика, который взорвался после того, как принял на себя слишком много массы, перетянутой со звезды-компаньона. Поскольку обе звезды вращались близко друг к другу, из-за взрыва обе звезды отлетели друг от друга, и в настоящее время виден только остаток одной из них.
Сверхновые типа Iax (SN Iax) являются самым большим классом необычных (пекулярных) сверхновых, порожденных белыми карликами. Они характеризуются относительно низкой светимостью и небольшой скоростью выброса, что необязательно полностью разрушает взорвавшуюся звезду.
Убегающие звёзды оставляют “серпы” в космическом пространстве
С помощью снимков, полученных камерой космического телескопа “Спитцер” астрономы находят десятки различных звёзд в нашей галактике. Новое исследование показало, что, когда наиболее массивные из этих звёзд проносятся сквозь космическое пространство, они могут вызвать перемещение огромного количества материала перед ними. Это выглядит также, как и волны на поверхности воды, идущие перед кораблём.
Обнаружение таких дугообразных структур позволит исследователям предположить о наличии в этой области массивных, так называемых убегающих звёзд.
“Солнце движется по нашей галактике в умеренном темпе. И пока не ясно, создаёт ли оно подобные структуры, которые можно наблюдать в ик-диапазоне”, – сказал астроном Уильям Чик (William Chick) из Университета Вайоминга в Ларами, который представил результаты работы своей команды во время встречи Американского астрономического общества в Орландо, штат Флорида.
И скорость звёзд, движущихся в пространстве и их массы влияют на размеры и формы “серпов”. Чем массивнее звезда, тем больше материала она собирает впереди себя. Зета Офелия, например, которая примерно в 20 раз массивнее нашего Солнца, в результате своего движения создаёт сверхзвуковые ветра, которые врезаются в материал перед ней. Результатом является нагромождение материала, который нагревается и светится в ик-диапазоне. Это инфракрасное свечение обозначается на снимках “Спитцера” красным цветом.
Чик и его команда обратилась к архивным данным собранным “Спитцером” для обнаружения “серпов”. Первоначальное изучение этих снимков выявило более 200 изображений нечётких красных дуг. Затем исследователи использовали телескопы обсерватории в Вайоминге, чтобы подробнее изучить 80 наиболее подходящих кандидатов и определить. что именно является их источником. В большинстве случаев таким источником оказались массивные звёзды.
Теперь благодаря новому исследованию астрономы могут использовать такого рода объекты, для того чтобы обнаружить массивные убегающие звёзды.
Убегающая звезда разогналась до невероятных скоростей
Землянам повезло вращаться вокруг относительно стабильной звезды. Солнце движется с приемлемой скоростью по конкретной орбите и не преподносит нам никаких опасных сюрпризов. Но не все звезды ведут себя примерно. Существует также категория убегающих звезд, одна из которых движется в нашей галактике с удивительным скоростным показателем.
Убегающими называют звезды, которые перемещаются с невероятно быстрой скоростью по отношению к межзвездной среде. То есть, ранее она находилась в определенной звездной ассоциации, соблюдая ее скоростной показатель. А после катастрофического события, вроде взрыва соседней звезды или взаимодействия с черной дырой, такие звезды выбрасываются из родных просторов и разгоняются.
Порой подобные звезды настолько быстрые, что теряют гравитационную привязку к родной галактике и выбираются в межгалактическое пространство, переходя в категорию звезд-изгоев. В нашем случае речь пока пойдет об убегающей звезде S5-HVS1.
S5-HVS1 была запущена из района сверхмассивной черной дыры Млечного Пути в тот период, когда человеческие предки только еще учились ходить прямо. Ей удалось разогнать до скорости в 6 млн. км/ч! Найти беглянку удалось в созвездии Журавль при удаленности от нас в 29000 световых лет. Удивляет то, что ее скоростной показатель в 10 раз выше, чем у большинства звезд в Млечном Пути.
Расположение и направление звезды S5-HVS1 в ночном небе
Исследователи считают, что ей суждено стать звездой-изгоем. Дело в том, что ее скорость настолько огромная, что она должна выбраться в межгалактическое пространство, порвав гравитационную связь с Млечным Путем. Это важное исследование, ведь впервые удалось зафиксировать настолько быструю убегающую звезду, причиной выброса которой стала сверхмассивная черная дыра.
Найти объект смогли с помощью Англо-Австралийского телескопа и спутникового обзора Gaia. После обнаружения удалось проследить за ее траекторией, которая привела к сверхмассивной черной дыре Стрелец А*. Кстати, сам механизм выброса около 30 лет назад описал астроном Джек Хилс. В этой схеме звезда выбрасывается из галактического центра после взаимодействия системы двойных звезд с центральной черной дырой.
По сути, перед нами подтвержденная демонстрация механизма Хилса. Ученые надеются найти еще больше подобных звезд и детально изучить механизм выброса и набора скорости. Да и сам объект кажется интересным для исследования, потому что звезда появилась в галактическом центре. А это место сильно отличается от нашей местной окружающей среды.