Астрономы объяснили, какие катастрофы разогнали убегающие звезды Млечного Пути

Астрономы давно знают о звездах, которые покидают места рождения с колоссальной скоростью. Часть таких объектов разгоняется настолько, что со временем вылетает за пределы Млечного Пути. Новое исследование, о котором рассказал научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев, посвящено причинам катастроф, запустивших эти светила в путь по Галактике.

Звезды, ушедшие с орбиты

Млечный Путь находится в постоянном вращении. Его звезды движутся вокруг центра Галактики. Солнце, к примеру, летит со скоростью около 200 км/с, но на один полный оборот уходит примерно 230 млн лет — так называемый галактический год. У разных звезд его длительность отличается и определяется расстоянием до галактического центра.

При этом Галактика скорее напоминает хаотичный поток, чем спокойный диск. Каждое светило участвует в общем вращении и одновременно имеет собственное движение. Скорость этого индивидуального смещения называют пекулярной.

У большинства звезд пекулярная скорость невысока. У Солнца она чуть превышает 10 км/с, поэтому за галактический год оно почти возвращается к месту формирования. Однако существуют объекты, разгоняющиеся до десятков и сотен километров в секунду. Их называют убегающими звездами. Одни из них движутся к центру Галактики, другие — от него, а самые быстрые со временем покидают Млечный Путь.

Как запускается побег

Существует несколько сценариев, способных превратить звезду в беглеца. Один из них связан со взрывом сверхновой. Значительная часть звезд образует двойные системы и вращается вокруг общего центра масс. Когда один компонент такой пары взрывается, он превращается в нейтронную звезду или черную дыру. В результате система чаще всего распадается, а уцелевший компаньон получает мощный импульс и улетает прочь. В отдельных случаях в путешествие отправляется вся пара — обычная звезда вместе с компактным остатком взрыва.

Есть и другой путь. Даже одиночная звезда может стать убегающей, если родилась в плотном звездном скоплении. В таких системах расстояния между объектами сравнительно малы, а гравитационное взаимодействие крайне сложное. Иногда близкий пролет мимо массивного соседа действует как ускоритель, выбрасывая светило из скопления. Подобные гравитационные маневры напоминают принцип, которым пользуются космические аппараты, разгоняясь возле планет.

Что проверили астрономы

Насколько эти теории соответствуют реальности и какой механизм работает чаще, попытались выяснить авторы статьи в журнале Astronomy & Astrophysics. Они сосредоточились на звездах спектрального класса O — самых горячих и массивных. Такие объекты в несколько раз горячее Солнца и превосходят его по массе минимум в 15 раз.

Выбор именно этого класса объясняется сразу несколькими причинами. Более 20% O-звезд считаются убегающими, они обладают высокой светимостью и хорошо различимы в телескопы, а большинство из них рождается в двойных системах, что важно для сценария со сверхновой.

Подпись в скорости вращения

Прошлое звезды напрямую не наблюдается, однако косвенный след все же существует. Им служит скорость вращения светила вокруг собственной оси, которую можно определить по спектру. Большинство звезд вращается сравнительно медленно. Солнце, например, делает оборот примерно за 25 суток, а скорость на экваторе составляет около 2 км/с.

Но есть исключения. Некоторые звезды вращаются со скоростями в сотни километров в секунду. Абсолютный рекорд — до 600 км/с — принадлежит звезде VFTS102 из Большого Магелланова облака. Подобная скорость не является врожденной. Чтобы так раскрутиться, звезде нужен внешний «толчок».

Таким толчком может стать взрыв сверхновой в двойной системе. Перед гибелью массивная звезда сбрасывает значительную часть вещества. Компаньон перехватывает эту материю, замедляя вращение «донора» и ускоряя собственное. Поэтому звезды, пережившие гибель партнера, обычно вращаются быстрее. Медленное вращение, напротив, указывает на отсутствие такого эпизода в прошлом.

Итоги выборки

Авторы работы проанализировали 214 убегающих O-звезд, для которых известна скорость осевого вращения. Для 168 объектов удалось определить, одиночные они или входят в двойные системы. Большинство беглецов оказалось одиночными, что согласуется с расчетами, взрыв сверхновой чаще разрушает пару.

При этом исследователи нашли 12 двойных убегающих звезд. В трех системах второй компонент почти наверняка является нейтронной звездой или черной дырой, о чем говорит рентгеновское или гамма-излучение. Природа оставшихся девяти компаньонов пока не установлена.

Неожиданным оказалось другое. Сценарий со сверхновой обычно считают основным, однако значительная часть изученных убегающих звезд вращается медленно. Это снижает вероятность того, что их разогнал именно взрыв партнера.

Отдельно выделили несколько особо быстрых объектов с пекулярной скоростью выше 85 км/с. По мнению авторов, такие звезды могли пройти сразу через два механизма: сначала сформироваться в плотном скоплении, а затем получить дополнительный импульс после взрыва компаньона и последующих гравитационных встреч.

Читайте также: