Зорі обертаються навколо центра Чумацького Шляху з різною швидкістю. Деякі з них рухаються настільки швидко, що невдовзі залишать нашу Галактику. Науковці уважно стежать за ними, щоб з’ясувати, як розподілена у просторі темна матерія.
Гіпершвидкісні зорі
З 1920-х років гіпершвидкісні зорі є важливим інструментом, що дозволяє астрономам вивчати властивості галактики Чумацький Шлях, такі як її гравітаційний потенціал і розподіл речовини. Зараз астрономи з Китаю провели масштабний пошук гіпершвидкісних зір, використовуючи спеціальний клас світил, відомих своєю чіткою, регулярною і передбачуваною пульсацією, що робить їх корисними як індикатори відстані.
Швидкість втечі будь-якої планети, зорі або галактики — це швидкість, необхідна масі, що залишає поверхню об’єкта, щоб повністю і точно вийти з гравітаційного поля планети й рухатися до нескінченності. Швидкість втечі Землі становить 11,2 км/с.
Будь-яка маса, яка залишає поверхню з такою початковою швидкістю, без додаткової енергії вийде з гравітаційного поля Землі. Прикладами можуть бути камені, викинуті з Землі внаслідок зіткнення з астероїдом (як це сталося з каменями, обміняними між Землею і Марсом), або можлива втеча сталевої кришки, що покривала вибуховий отвір від підземного ядерного вибуху 1957 року в Неваді.
Швидкість втечі від Сонця становить 618 км/с (але лише 42 км/с від положення Землі) і близько 550 км/с від положення Сонця в Чумацькому Шляху. Гіпершвидкісні зорі (HVS) мають тангенціальну швидкість 1000 км/с або більше, що робить їх гравітаційно незалежними від Чумацького Шляху.
Утворення зір, що втікають
Одним із найпоширеніших способів утворення HVS є гравітаційна взаємодія з надмасивною чорною дірою Стрілець А* у центрі Чумацького Шляху.
Механізм Гіллса, вперше запропонований астрономом Джеком Гіллсом у 1988 році, передбачає, що одна зоря з подвійної пари захоплюється чорною дірою, а інша відкидається від чорної діри з великою швидкістю.
Така викинута зоря була вперше спостережена 2019 року, коли вона віддалялася від ядра Чумацького Шляху зі швидкістю 1755 км/с — 0,6 % від швидкості світла, — що перевищує швидкість втечі з галактичного центру. Подібні зорі також слугують прямим доказом існування надмасивних чорних дір у центрах галактик та дають змогу вивчати їхні властивості.
Щобільше, відстежуючи траєкторії втікаючих зірок, вчені можуть скласти карту гравітаційного потенціалу Чумацького Шляху — як маси взаємодіють всередині галактики — включаючи розподіл темної матерії в гало, величезному сферичному об’ємі, що оточує диск галактики.
Пошук серед зір типу RR Ліри
З цими мотивами три астрономи з наукових установ Пекіна на чолі з головним автором Хаожу Фу з Пекінського університету, шукали HVS, починаючи зі світил типу RR Ліри (RRL). Ці старі гігантські зорі пульсують з періодом від 0,2 до однієї доби, перебувають у товстому диску та гало Чумацького Шляху й часто трапляються в кульових скупченнях. Чумацький Шлях містить понад 150 кульових скупчень, приблизно третина з яких утворює майже сферичне гало навколо його центра.
Внутрішня світність цих RRL — їхня загальна енергетична потужність — відносно добре визначається за допомогою співвідношення, яке пов’язує період їхнього пульсування, абсолютну величину та металічність (вміст елементів, важчих за водень і гелій, які для астрономів є «металами»). Знаючи їхню абсолютну енергетичну потужність та енергію, яку вони отримують на Землі, можна обчислити їхню відстань за допомогою оберненої квадратичної залежності від відстані.
Шукаючи гіпершвидкісні RRL, вчені відкинули майже всі, що не мали необхідних для їхнього пошуку властивостей, особливо спектроскопічні вимірювання, що давали радіальні швидкості (віддаленість від центра Галактики) з достатньо низькою похибкою. Це значно скоротило відповідний набір даних до 165 гіпершвидкісних RRL.
Розташування зір, що втікають, і темна матерія
Потім група розглянула криву світла кожної зорі, вибравши доплерівські зсуви для 87 таких світил, які були найбільш надійними гіпершвидкісними зорями. (З них сім мали тангенціальну швидкість понад 800 км/с.) Вони поділилися на дві групи: одна була зосереджена в напрямку галактичного центру Чумацького Шляху, а інша локалізувалася навколо Великої та Малої Магелланових Хмар, двох неправильних карликових галактик, розташованих поблизу Чумацького Шляху.
Їхнє розташування та концентрація свідчили про те, що вони досягли гіпершвидкості завдяки механізму Гіллса (або подібному). Багато з них мали швидкість, що перевищувала швидкість втечі з Чумацького Шляху, і, ймовірно, були викинуті зі своїх систем.
Команда припускає, що майбутні спостереження супутника Gaia та спектроскопічний аналіз проллють світло на походження цих викидів. Виявлення втікаючих зір таким чином дозволяє далі вивчати властивості гало Чумацького Шляху, що, сподіваємось, проллє світло на його темну матерію, яка досі залишається однією з найбільших загадок сучасної фізики.
За матеріалами phys.org
