Чорна діра в центрі Чумацького Шляху виявилася непричетною до польоту гіпершвидкісної зірки

Астрономи проаналізували точні вимірювання параметрів руху найближчої до Сонця гіпершвидкісної зірки, яка рухається більш ніж удвічі швидше середньої швидкості зірок у нашій галактиці. Виявилося, що зірка LAMOST-HVS1 була викинута не з центру Чумацького Шляху, а з диска. Це суперечить початковим оцінкам і гіпотезам про походження подібних зірок, оскільки вважалося, що тільки в околиці надмасивної чорної діри в центрі Галактики можуть бути відповідні умови, повідомляють вчені в.

Абсолютна більшість зірок у спіральних галактиках залучена в круговий рух навколо центру. Чумацький Шлях, який належить до систем такого типу, в цьому сенсі не виняток - у ньому середня швидкість руху зірок становить приблизно 220 кілометрів на секунду. Однак в останні роки астрономи відкрили невелику підмножину зірок, чиї швидкості перевищують середні більш ніж в два рази. Такі зірки називають гіпершвидкісними, вони можуть рухатися незвичайними траєкторіями, а енергії їх руху може бути достатньо для подолання гравітації Чумацького Шляху і виходу в міжгалактичний простір.

На даний момент відомо не більше 30 подібних зірок, але за оцінками в нашій галактиці їх має бути близько тисячі, що становить крихітну частку від загальної кількості світил. Запропоновано кілька сценаріїв їх появи, але зазвичай передбачається, що це відбувається в результаті проходження подвійної зірки поблизу надмасивної чорної діри. У такому випадку одна з зірок може вийти на орбіту гравітаційно домінуючого тіла, а другою передасться велика частина енергії руху системи, в результаті чого вона набуде дуже високої швидкості - таку ситуацію також називають «гравітаційною пращею». Якщо ця теорія про походження даних світил вірна, то екстраполяції в минуле траєкторій гіпершвидкісних зірок завжди повинні вказувати на центр Чумацького Шляху, де розташована чорна діра з масою близько 4 мільйонів сонячних.

Робота астрономів з США і Німеччини під керівництвом Гурава Куллара (Gourav Khullar) з Чиказького університету присвячена відновленню траєкторії LAMOST-HVS1 - найближчої до Землі гіпершвидкісної зірки (відстань близько 13 кілопарсек) з масою 8,3 сонячних за допомогою даних астрометричного телескопа Gaia і спектроскопічних спостережень, проведених на Магелланових телескопах в Чилі. Виявилося, що поточні параметри її руху не сумісні з припущенням про отримання великої швидкості в центрі Чумацького Шляху. Згідно з висновками вчених, LAMOST-HVS1 вилетіла з галактичного диска на відстані близько 3 кілопарсек від центру приблизно 33 мільйони років тому з початковою швидкістю близько 568 кілометрів на секунду. Така велика швидкість також виключає можливість її отримання в результаті вибуху наднової в подвійній системі.

Автори висувають альтернативне пояснення - зірка отримала таку високу швидкість після декількох вдалих гравітаційних маневрів в області з високою концентрацією масивних тіл, якою може бути щільне молоде скупчення зірок із загальною масою понад 1000 сонячних. У такому середовищі не виключено взаємодію з чорною дірою проміжної маси (100 і більше мас Сонця), дуже масивною зіркою схожої маси або неодноразовий обмін гравітаційною енергією зі звичайними великими зірками з масою близько 30 сонячних. За зразковими оцінками авторів, за останні 30 мільйонів років одна гіпершвидкісна зірка подібна LAMOST-HVS1 могла з'явитися в результаті близького проходження двох масивних подвійних зірок, від 3 до 15 після прольоту біля чорної діри проміжної маси і від 2 до 8 під впливом одиночної дуже масивної зірки. Вчені відзначають, що відповідного скупчення серед відомих немає, але воно може ховатися за хмарою пилу в частині диска Чумацького Шляху під назвою Рукав Накутника.

Вченим вже були відомі покидаючі скупчення зірки, але їх надлишкові швидкості не перевищували сотні кілометрів на секунду. Однак LAMOST-HVS1 є першою детально дослідженою масивною гіпершвидкісною зіркою, тому автори припускають, що й інші подібні світила можуть набувати настільки високі швидкості в щільних скупченнях, а не виключно у надмасивних чорних дір, як багато хто вважав раніше. Рекордною швидкістю руху володіє нейтронна зірка RX J0822-4300 - вона пролітає близько 1500 кілометрів на секунду. Параметри руху звичайних гіпершвидкісних зірок як правило відомі з великими помилками, однак вони істотно менші, хоча зустрічаються значення близько 800 кілометрів на секунду (HVS 3) і навіть 900 (Gaia DR2 1383279090527227264).

Гіпершвидкісні зірки в останні роки стали активною областю досліджень, особливо у зв'язку з появою високоточних даних місії Gaia. Тим не менш, введені в дію раніше інструменти також можуть бути корисні - не так давно астрономи знайшли подвійну систему подібних зірок, а Hubble допоміг розібратися в пов'язаній проблемі вибухаючих далеко від галактик наднових.