Как звезды выбрасываются из галактик?

Сверхмассивные черные дыры отвечают за привязывание звезд к галактике, но при определенных условиях они могут и выбрасывать звезды.

Это произошло в 2005 году. Ученые Уоррен Браун, Маргарет Геллер, Майкл Курц и Скотт Кеньон вместе работали над своим проектом в Смитсоновской астрофизической обсерватории. Вдруг они заметили нечто очень необычное — звезду, движущуюся с поразительно высокой скоростью.

Было зафиксировано, что скорость звезды в два раза превышает скорость убегания галактики. Говоря простым языком, это означает, что звезда вырвалась из лап гравитации Млечного Пути с двукратным перевесом!

Для сравнения, средняя скорость движения звезд по галактике составляет примерно 200 км/с, а скорость обнаруженной звезды была 850 км/с! Было очевидно, что звезда была чем-то выбита из галактики, но главный вопрос заключался в том, какое же чудовищное событие смогло это сделать и как?

Гиперскоростные звезды

Обнаруженная звезда была метко названа гиперскоростной звездой. Однако самый забавный поворот судьбы был связан с самим открытием. Группа в составе Брауна, Геллера, Курца и Кеньона на самом деле пыталась измерить общую массу нашей галактики, наблюдая за скоростями связанных звезд. Иронично, что вместо этого они обнаружили совершенно несвязанную звезду!

Теперь, когда у них был решен этот важный вопрос, группа ученых переключила свое внимание на понимание гиперскоростей звезд. Из всех вопросов, стоявших перед ними, один был предельно ясен — звезда была относительно нормальной и не являлась частью сверхновой. А что такое сверхновая звезда? Это взрыв умирающей звезды, причем чрезвычайно энергичный. Это событие невероятно яркое и оставляет после себя разрушенные ядра некогда живых звезд.

Однако даже если бы эта сверхскоростная звезда была частью сверхновой, она все равно не смогла бы набрать такую большую скорость! Точно так же она не могла быть выброшена из галактики другими звездами. Остается только один вариант — сверхмассивная черная дыра. Но как она выбросила звезду из галактики, а не съела ее заживо?

Ранее, в 1988 году, Джек Хиллс предположил, что гиперскоростные звезды должны существовать из-за наличия сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в центре галактики. К сожалению, в то время ни СМЧД, ни ее предполагаемые действия не воспринимались всерьез. Фактически, их считали мифом... пока в 2005 году не была замечена настоящая гиперскоростная звезда.

В тот момент, когда идея СМЧД стала главной, группа ученых начала пристально наблюдать за центром Млечного Пути. Именно там, по-видимому, начинала свое бегство гиперскоростная звезда. Это также было наиболее вероятное место для СМЧД. Там, в центре галактики, они заметили звезды на чрезвычайно узких и беспорядочных орбитах. Как бы странно это ни было, самым странным было не случайность их орбит, а возраст звезд!

Проблема заключалась в том, что эти тесно связанные звезды были слишком молодыми и недолговечными, чтобы находиться так близко к предполагаемой СМЧД, поскольку звезды там должны были образоваться из газа, выброшенного СМЧД, и должны быть старше и долговечнее.

Взяв за основу объяснения Хиллса, они поняли, что эти самозваные звезды могли быть бывшими партнерами гиперскоростных звезд, а это значит, что гиперскоростные звезды на самом деле были частью бинарной системы звезд!

С помощью моделирования было подтверждено, что когда третье тело (в данном случае СМЧД) входит в стабильную систему двойных звезд, оно в конечном итоге выбрасывает одну из звезд с чрезвычайно высокой скоростью. Молодые звезды, наблюдаемые в центре галактики, были оставшимися звездами, которые черная дыра, должно быть, собрала с течением времени. Тайна разрешилась… но что происходит с этими сверхскоростными звездами, когда они выбрасываются?

Судьба гиперскоростных звезд

Ученые уже давно поняли, что значительная часть массы галактики на самом деле невидима и должна находиться за пределами видимой массы. Эта невидимая масса была названа темной материей. Технически, фотографии галактик, которые мы видим, заполненные яркими звездами, являются лишь частью галактики. Остальная часть невидима, но ученым не давал покоя вопрос, как далеко простирается темная материя за пределы видимой галактики.

Подождите, почему тема перешла к темной материи, спросите вы? Дело в том, что наши гиперскоростные звезды находятся за пределами галактики. Это означает, что для некоторых из них, выброшенных из правильного места, их путь приведет их за пределы галактики! Когда они выйдут за пределы этой границы, мы сможем определить предел темной материи в Млечном Пути.

Реальность такова, что некоторые из них устремляются по траектории за пределы галактики, а другие не добираются так далеко. Тем не менее не все бинарные системы, посещаемые СМЧД, в итоге распадаются. Они оказываются в еще худших ситуациях: либо в состоянии приливного разрушения, когда черная дыра пожирает звезды, либо как шар для боулинга, когда кеглями становятся другие звезды.