Ученых озадачил движущийся необычно быстро космический объект: может покинуть пределы Млечного Пути

Если это подтвердится, то объект станет первой известной “сверхскоростной” звездой с очень низкой массой, согласно данным команды астрономов и гражданских ученых, исследование которых было принято к публикации в Astrophysical Journal Letters.

Звезд с малой массой гораздо больше, чем звезд с большой массой, потому что звездообразование благоприятствует объектам с меньшей массой, а звезды с большей массой имеют меньшую продолжительность жизни, сказал соавтор исследования Роман Герасимов, научный сотрудник отделения физики и астрономии Университета Нотр-Дам. Но звезды с малой массой обнаружить сложнее, потому что они более холодные и менее яркие.

Сверхскоростные звезды, существование которых впервые было теоретически обосновано в 1988 году и открыто в 2005 году, уже сейчас встречаются крайне редко, что делает это новое открытие “особенно захватывающим”, рассказал он.

Добровольцы, участвующие в проекте под названием "Миры на задворках: Планета 9", впервые обнаружили звезду, получившую название CWISE J124909.08+362116.0, или сокращенно J1249+36. Исследователи, участвующие в проекте, ищут свидетельства существования неоткрытых объектов или большого гипотетического мира, называемого Девятой планетой, на “задворках Солнечной системы” за Нептуном.

Участники Backyard Worlds ищут закономерности и аномалии на изображениях и данных, собранных миссией НАСА Wide-field Infrared Survey Explorer, которая с 2009-го по 2011 год составляла карты неба в инфракрасном свете. (В 2013 году космическое агентство переназначило миссию на широкоугольную инфракрасную съемку объектов, сближающихся с Землей, для наблюдения за астероидами и кометами, сближающимися с Землей, а 8 августа полностью прекратило ее.)

Как отмечает CNN, объект J1249+36 попал в поле зрения гражданских ученых, изучавших данные несколько лет назад, потому что, по словам авторов исследования, звезда двигалась примерно на 0,1% быстрее скорости света.

“Я не могу описать уровень волнения, - делится соавтор исследования Мартин Кабатник, гражданский ученый из Нюрнберга, Германия, в своем заявлении. - Когда я впервые увидел, как быстро это происходит, я был убежден, что об этом, должно быть, уже сообщалось”.

Последующие наблюдения с нескольких телескопов сосредоточились на объекте и помогли подтвердить открытие.

“Именно здесь источник стал очень интересным, поскольку его скорость и траектория показали, что он двигался достаточно быстро, чтобы потенциально покинуть пределы Млечного Пути”, - сказал ведущий автор исследования Адам Бургассер, профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Малая масса звезды изначально затрудняла ее классификацию, что заставило астрономов задаться вопросом, была ли это звезда с низкой массой или коричневый карлик, небесный объект, который не совсем является звездой или планетой, отмечает CNN.

Коричневые карлики массивнее планет, но не такие массивные, как звезды, и гражданские ученые, работающие над проектом "Миры на задворках", обнаружили более 4000 из них.

Но ни один из этих коричневых карликов не двигался по траектории, которая унесла бы их за пределы галактики, подобно “убегающим” сверхскоростным звездам, наблюдавшимся астрономами в течение последних двух десятилетий.

Астрономы наблюдали за J1249+36 с помощью наземных телескопов, в том числе из обсерватории У. М. Кека на Мауна-Кеа на Гавайях и телескопа Pan-STARRS Гавайского астрономического института, расположенного на вулкане Халеакала на острове Мауи.

Данные, полученные с помощью эшеллеттного спектрографа обсерватории Кека в ближней инфракрасной области, позволяют предположить, что звезда относится к классу L-карликовых звезд, или звезд с гораздо меньшей массой и более низкой температурой, чем у Солнца. Холодные карликовые звезды - самые старые звезды в галактике, подчеркивает CNN.

Данные телескопа показали, что потенциальная звезда имеет более низкую концентрацию металлов, таких как железо, чем другие звезды или коричневые карлики.

Объединив данные с нескольких телескопов, астрономы определили положение и скорость звезды в пространстве, что позволило им предсказать, что в какой-то момент она покинет пределы Млечного Пути.

Но остаются вопросы об истинной природе объекта.

“Я рассчитал, что масса этого объекта составляет примерно 8% от массы Солнца, сравнив его наблюдаемые свойства с компьютерным моделированием звездной эволюции, - рассказал Герасимов. - Это помещает этот объект прямо на нижнюю границу допустимых звездных масс, и на самом деле возможно, что масса объекта немного ниже этой границы, что означает, что объект является не звездой, а коричневым карликом”.

По мнению авторов исследования, более подробное изучение этого объекта может помочь астрономам определить, представляет ли он собой более широкую популяцию объектов с высокой скоростью и малой массой, которые подверглись экстремальным ускорениям.

Понимание его точной природы также может помочь им определить, когда он покинет галактику. Ранее астрономы заметили сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути, которая дает быстрый толчок звезде, которая навсегда покинет галактику примерно через 100 миллионов лет.

Исследователи полагают, что есть два возможных сценария, которые привели к тому, что J1249+36 оказался на своем стремительном пути.

Исследовательская группа заявила, что, вероятно, эта звезда была спутником белого карлика, который является оставшимся ядром мертвой звезды, извергнувшей газы, служащие ее ядерным топливом. В таких звездных парах, если две звезды расположены близко друг к другу, белый карлик отбирает массу у своего спутника и происходит вспышка, называемая новой звездой. А когда белый карлик накапливает слишком много массы, он коллапсирует и взрывается сверхновой.

“При взрыве сверхновой такого типа белый карлик полностью разрушается, поэтому его спутник высвобождается и улетает с той орбитальной скоростью, с которой он первоначально двигался, плюс небольшой толчок от взрыва сверхновой, - говорит Бургассер. - Наши расчеты показывают, что этот сценарий работает. Однако белого карлика там больше нет, а остатки взрыва, который, вероятно, произошел несколько миллионов лет назад, уже рассеялись, поэтому у нас нет окончательных доказательств того, что это его происхождение”.

Другая возможность заключается в том, что J1249+36 существовала в составе шарового скопления или тесно связанной группы звезд сферической формы. Астрономы предсказывают, что в центре таких скоплений существуют черные дыры с разной массой. Черные дыры могут образовывать двойные пары, которые могут катапультировать любые звезды, которые приблизятся слишком близко.

“Когда звезда сталкивается с двойной черной дырой, сложная динамика этого взаимодействия трех тел может выбросить эту звезду прямо из шарового скопления”, - сказал соавтор исследования Кайл Кремер, начинающий доцент кафедры астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Кремер провел моделирование и обнаружил, что взаимодействие трех тел может выбить маломассивную субкарликовую звезду из скопления и направить ее по траектории, аналогичной траектории J1249+36.

“Это демонстрирует подтверждение концепции, но мы на самом деле не знаем, из какого шарового скопления эта звезда”, - сказал Кремер.

Герасимова больше всего заинтриговала идея о том, что объект был выброшен из шарового скопления, потому что такие скопления включают звезды, возраст которых превышает 13 миллиардов лет.

“Химический состав и распределение звездных масс в шаровых скоплениях отражают самые ранние этапы формирования и эволюции нашей галактики, - сказал он. - Тем не менее, практически все, что мы знаем о шаровых скоплениях, получено из исследований их членов с большей массой, потому что звезды с малой массой и коричневые карлики просто слишком сложны для наблюдения”.

Космический телескоп Джеймса Уэбба недавно позволил астрономам идентифицировать первых коричневых карликов в шаровом скоплении, которые имеют массу, аналогичную массе объекта. Но пока слишком мало примеров, чтобы можно было составить более полное представление.

“Однако существование этой сверхскоростной звезды, если она действительно является бывшим членом шарового скопления, открывает новый способ изучения скоплений с малой массой путем поиска тех, которые были выброшены и движутся на высоких скоростях по окрестностям Солнца, - отметил Герасимов. - Поскольку мы смогли найти один пример, в будущем, вероятно, будет обнаружено еще много других”.

По словам исследователей, отслеживание пути, по которому J1249+36 прошла до сих пор в обратном направлении, может привести к скоплению в ночном небе, где еще не обнаруженные скопления ждут своего часа.

Теперь ученые надеются узнать больше об элементном составе звезды, что могло бы помочь объяснить, как она оказалась на траектории, удаляющейся от Млечного Пути, сообщает CNN.

Когда белые карлики взрываются, они создают тяжелые элементы, которые могут находиться в районе J1249+36. Аналогичным образом, звезды в шаровых скоплениях по всему Млечному Пути имеют различный состав элементов, которые служат визитной карточкой их происхождения.

“По сути, мы ищем химический отпечаток, который позволил бы точно определить, из какой системы эта звезда”, - цитирует CNN Романа Герасимова.