U dinamičnom okruženju otvorenih zvjezdanih skupova, intenzivne gravitacijske sile između nebeskih objekata mogu potaknuti zvijezde da putuju daleko izvan svojih početnih granica skupa, pa čak i izvan granica naše galaksije, Mliječnog puta. Nedavno provedeno istraživanje uspješno je pratilo nekoliko takvih zvijezda, smještenih izvan galaktičkog diska, natrag do njihovih izvornih skupova. Ovaj podvig postignut je korištenjem svježih podataka dobivenih iz misije Gaia Europske svemirske agencije.
M. Virginia (Ginny) McSwain, docentica fizike na Sveučilištu Lehigh, objasnila je proces: “Praćenjem njihovih putanja unatrag u vremenu, uspjeli smo povezati 15 ovih zvijezda sa skupovima u kojima su nastale.” Naglasila je da razumijevanje porijekla ovih zvijezda osvjetljava evolucijsku povijest zvjezdanih skupova Mliječnog puta.
Ove zvijezde, uglavnom smještene izvan tankog diska Mliječnog puta – regije koja obuhvaća spirale ruke s gušćim središtem – pretežno su starije od osam milijardi godina, potječući iz ranih faza galaksije. Njihova napredna starost i udaljenosti na koje su putovali od svojih mjesta formiranja nisu iznenađujuće. S obzirom da se većina formiranja zvijezda u našoj galaksiji događa unutar ovog tankog diska, rijetko se nalaze vruće B-tip zvijezde izvan ovog područja. Ipak, mali postotak ovih mladih zvijezda, starosti između 10 i 100 milijuna godina, otkriven je na značajnim visinama iznad i ispod diska. Vjerojatno su izbačeni iz svojih matičnih skupova zbog intenzivnih gravitacijskih susreta u posljednjih nekoliko milijuna godina.
Napuštanje galaktičkog diska
“Ove vruće zvijezde rijetko napuštaju disk, pa je njihova prisutnost drugdje prilično uočljiva,” primijetio je Brandon Schweers, student dodiplomskog studija na Sveučilištu Lehigh, koji je imao ključnu ulogu u ovom istraživanju. Opisao je kako su matični skupovi vjerojatno izbacili ove B-tip zvijezde kroz bliske višetijelne gravitacijske interakcije, koje su ih katapultirale daleko od ravnine Mliječnog puta.
Jedna zvijezda, posebno, pokazala je iznimno visoku brzinu izbacivanja, što ukazuje na to da je možda izbačena tijekom supernove u bliskom binarnom zvjezdanom sustavu. Schweers je također spomenuo da zvijezde mogu biti izbačene, vratiti se, a zatim ponovno biti odbačene u efektu praćke.
Iako je postojanje ovih “siročadi” zvijezda poznato oko dva desetljeća, ovo je prvi put da su uspješno mapirane prema njihovim izvorima, zahvaljujući poboljšanoj kvaliteti podataka iz misije Gaia. Misija Gaia, pokrenuta 2013. godine, ima za cilj istražiti više od milijardu zvijezda u Mliječnom putu, stvarajući točnu trodimenzionalnu mapu galaksije. To uključuje neviđene pozicijske podatke i mjerenja radijalne brzine za 150 milijuna najsjajnijih nebeskih tijela.
Koristeći podatke iz Gaije objavljene 2022. godine, tim sa Sveučilišta Lehigh uspio je pratiti kinematičke staze 95 visoko-latitudnih B zvijezda i oko 1.400 poznatih galaktičkih otvorenih skupova. Identificirali su trenutke u prošlosti kada bi se njihovi putevi mogli presjecati, ukazujući na moguće događaje izbacivanja.
“Analizirajući njihove položaje i brzine u tri dimenzije, izračunali smo putanje svake zvijezde i skupa tijekom posljednjih 30 milijuna godina,” rekla je McSwain. Tim je koristio open-source Python galpy paket za analizu galaktičke dinamike kako bi modelirao gravitacijsko polje galaksije u različitim točkama analize.
Poput test očinstva
Jednom kada su identificirali potencijalne parove, usporedili su boju i sjaj svake izbačene zvijezde s Hertzsprung-Russellovim (H-R) dijagramom za svaki otvoreni skup. Otvoreni skup tipično sadrži tisuće zvijezda slične dobi, sastava i udaljenosti. “Oblik H-R dijagrama uglavnom ovisi o dobi skupa, pa možemo utvrditi je li izbačena zvijezda slične dobi svojim potencijalnim bratima u skupu,” objasnila je McSwain.
Istraživači su također uzeli u obzir gustoće jezgara svakog skupa koji je bio mogući par. Skupovi s većom gustoćom imaju više intenzivnih gravitacijskih interakcija među članovima koji im daju veći potencijal za izbacivanje zvijezda.
Spajajući ove alate, istraživači su potvrdili odgovarajuće parove za 15 siročadi zvijezda. Schweers je dobio inspiraciju za naslov prezentacije iz emisije “The Maury Povich Show“, uspoređujući proces s testom očinstva. “Kada sam uspoređivao boju i sjaj za potencijalne parove, odbacujući one s lošom korelacijom u H-R dijagramima, osjećao sam kao da analiziram ‘genetske’ sličnosti između siročadi zvijezda i njihove braće,” rekao je.
Na temelju njihovih izračuna putanje, istraživači procjenjuju da su izbacivanja dogodila prije otprilike 5 do 30 milijuna godina, “bacajući napuštene zvijezde preko Mliječnog puta na brzinama od 30-220 kilometara u sekundi. “Naši rezultati pružaju mjerenje dobi izbacivanja za svaku siročad zvijezdu, pružajući nove uvide u relativnu važnost dinamičkog naspram supernova izbacivanja u mladim otvorenim skupovima,” napisali su u timu.
Iako su uspjeli povezati brojne daleko raspršene zvijezde s njihovim izvorima, neke se nisu mogle uvjerljivo pratiti natrag do diska Mliječnog puta, što bi moglo ukazivati na druge neobične scenarije. To bi moglo uključivati rijetko formiranje zvijezda u molekularnim oblacima visoko izvan diska ili bi mogle biti relikvije prošlih patuljastih galaksija koje su se ranije spojile s Mliječnim putem.
Tim sa Sveučilišta Lehigh predstavio je svoje istraživanje na 243. sastanku Američkog astronomske društva (AAS) u New Orleansu.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
