Вон из Галактики. Откуда у нас сверхскоростные звезды

Ученые обнаружили без малого шесть сотен звезд, стремительно летящих по орбитам — быстрее 445 километров в секунду. Самые быстрые, вероятно, не удержатся в пределах Млечного Пути и станут внегалактическими объектами. Пока неизвестно, в чем причина таких скоростей, но есть надежда, что это открытие поможет астрономам исследовать центр нашей Галактики и ее невидимую часть — гало темной материи.

Вторая галактическая

В 1988 году американский астрофизик Джек Хиллз, исследователь облака Оорта, предположил: если тесная пара звезд подойдет близко к сверхмассивной черной дыре, то распадется очень необычным способом — одну звезду притянет, а другую выбросит на такой огромной скорости, что та не удержится в галактике и со временем ее покинет.

Открытие сверхскоростных звезд могло послужить доказательством того, что в центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра, но до этого было еще далеко, и работу Хиллза забыли.

Спустя почти два десятка лет молодой доктор наук из Гарварда Уоррен Браун взялся за изучение движения умирающих голубых звезд на окраинах Млечного Пути. В 2005-м он обнаружил среди них более молодого гиганта на расстоянии 71 килопарсек от центра Галактики. Относительно него звезда (SDSS J090745.0+024507) бежала со скоростью 709 километров в секунду.

На тот момент она была самой быстрой на окраине нашей Галактики. По траектории и скорости ученые вычислили — примерно 80 миллионов лет назад она вылетела из центра Млечного Пути. Лучше всего это объяснял механизм Хиллза.

Сейчас подтверждено существование 17 сверхскоростных звезд, большинство открыл Браун. Согласно расчетам, в нашей Галактике около тысячи таких объектов.

Одна из самых быстро убегающих звезд — US 708 в созвездии Большой Медведицы. Ее обнаружили в 1982-м и переоткрыли в 2005-м. Долгое время считали, что ее, как и другие объекты этого типа, выкинула сверхмассивная черная дыра из центра Галактики. Однако в 2015 году ученые из Европейской Южной обсерватории выяснили, что все было иначе.

Используя архивные данные обзора Pan-STARRS, они уточнили скорость — 1,2 тысячи километров в секунду. Судя по траектории, ее выкинуло не в центре, и вообще она его не пролетала. Ученые предположили, что у US 708 был компаньон — компактный белый карлик. Эволюция этой системы привела к тому, что обе звезды слились и взорвались. В результате US 708 (оставшееся от изначальной звезды ядро) приобрела огромное ускорение и вылетела в гало.

В 2019 году рекорд US 708 побила звезда S5-HSV1 в созвездии Журавля. Объект открыли в обзоре Англо-австралийского телескопа. Ее скорость — 1,7 тысячи километров в секунду. Сейчас это единственная с большой вероятностью доказанная сверхскоростная звезда, пришедшая из центра Млечного Пути.

И это не предел. Александр Тутуков из Института астрономии РАН предположил, что звезды могут приближаться к скорости света — например, развивать одну десятую ее часть. Для этого нужна еще более сверхмассивная черная дыра, образованная слиянием с ядром другой галактики. В Млечном Пути звезда с релятивистской скоростью родиться не может, потому что у нас одиночная сверхмассивная черная дыра. Если же такой объект обнаружат, значит, он прилетел из другой галактики.

Сверхскоростная звезда покидает Галактику

Пролетая темное гало

Сейчас сверхскоростные звезды обнаруживают в гало — за пределами видимой части Галактики. В противоположность типичному "населению" окраин, состоящему из красных затухающих старых звезд, это молодые горячие голубые гиганты. Такие рождаются в центре Млечного Пути, где идет активное звездообразование. Однако сильное гравитационное поле сверхмассивной черной дыры отрывает их от пары и разгоняет до скорости убегания из Галактики. Они очень яркие, и потому их легче обнаруживать.

На существование гало ученых навела аномалия скорости вращения внешних областей Галактики. Ее не объяснить, если бы там были только звезды. Нужна большая дополнительная масса. Ее называют темной материей, поскольку напрямую мы ее не фиксируем.

Какая форма у гало, сферическая или уплощенная, неизвестно, но траектории сверхскоростных звезд помогут ответить на этот вопрос. Анализируя эти данные, профессор Ави Леб из Гарварда с коллегами оценили массу Млечного Пути вместе с темной материей в 1,2-1,9 триллион масс Солнца.