Bintang biru panas muda - lubang hitam supermasif telah bercakap, sudah tiba masanya anda meninggalkan galaksi. Satu bintang dimasukkan ke orbit elips di sekitar lubang hitam supermasif, dan yang lain ditendang keluar dari galaksi. Dr. Warren Brown dari Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian adalah salah seorang ahli astronomi yang baru-baru ini muncul dua bintang yang diasingkan.
Dengarkan temu ramah: Galactic Exiles (6.2 MB)
Atau melanggan Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Bolehkah anda memberitahu saya tentang bintang-bintang yang anda perhatikan dan bagaimana mereka dapat dikeluarkan dari galaksi kita?
Dr. Warren Brown: Apa yang kami dapati adalah dua bintang di kawasan yang jauh dari Bima Sakti yang bergerak dengan kelajuan yang tidak pernah ada yang melihat bintang di galaksi kita, sekurang-kurangnya bintang di luar pusat galaksi. Kecuali bahawa bintang-bintang ini berjarak ratusan ribu tahun cahaya dari pusat galaksi. Namun, satu-satunya penjelasan yang masuk akal untuk halaju mereka adalah bahawa mereka dikeluarkan oleh lubang hitam supermasif di pusat galaksi.
Fraser: Jadi mereka tersasar terlalu dekat dengan lubang hitam supermasif dan diusir?
Brown: Ya, ini gambarnya. Senario ini memerlukan tiga badan, dan ahli astronomi mengatakan bahawa cara yang paling mungkin berlaku adalah jika anda mempunyai sepasang bintang. Seperti yang anda ketahui, sesuatu seperti separuh bintang di langit sebenarnya adalah sistem yang mengandungi sepasang, atau kadang-kadang lebih banyak bintang. Oleh itu, jika anda mempunyai sepasang bintang yang terikat rapat, kerana, untuk beberapa sebab, bergerak terlalu dekat dengan lubang hitam supermasif, pada suatu ketika graviti lubang hitam akan melebihi tenaga pengikat antara pasangan bintang dan merobek salah satu bintang tersebut . Ia akan menangkap satu bintang, tetapi bintang yang lain kemudian meninggalkan sistem dengan tenaga orbit pasangan. Dan begitulah cara anda mendapatkan peningkatan halaju tambahan ini. Lubang hitam supermasif pada dasarnya mampu melepaskan satu bintang, menangkapnya, dan meninggalkan yang lain dengan jumlah tenaga yang dimiliki pasangan itu. Dan bintang itu kemudian dikeluarkan dari galaksi.
Fraser: Kemudian jika bintang tunggal biasa datang terlalu dekat, ia tidak akan mempunyai tenaga untuk dikeluarkan. Saya rasa saya telah melihat beberapa simulasi di mana bintang terlalu dekat dengan lubang hitam dan mengubah arah orbitnya, tetapi masih terus mengorbit.
Brown: Tentu, anda dapat membayangkannya seperti kapal angkasa yang mendapat katapel di sekitar Musytari atau sesuatu. Anda dapat membayangkan bahawa anda mungkin mengubah lintasan, dan memperoleh kepantasan. Tetapi tidak ada mekanisme di galaksi untuk mendapatkan kelajuan sebanyak ini untuk sesuatu yang berjisim 3-4 bintang berjisim suria. Itu memerlukan interaksi tiga badan untuk mewujudkan halaju yang kita lihat. Dan apa yang kita perhatikan adalah gerakan mereka berkenaan dengan kita. Mereka menjauh dari kami dengan kecepatan kira-kira 1-1.5 juta batu sejam.
Fraser: Seberapa cepat bintang akan pergi ketika mereka bertemu untuk berpisah?
Brown: Saya tidak tahu pasti. Mungkin sesuatu itu 10 kali ganda, tepat sebelum saat ketika mereka berayun melewati lubang hitam. Sudah tentu, ketika anda meninggalkan lubang graviti yang berpotensi graviti, lubang itu perlahan secara tiba-tiba. Halaju terakhir mereka adalah yang kita perhatikan sekarang; ia berada dalam jarak sejuta batu sejam. Dan itu lebih dari dua kali kecepatan yang anda perlukan untuk melarikan diri dari galaksi kita sama sekali. Bintang-bintang ini benar-benar buangan. Mereka dikeluarkan dari galaksi dan mereka tidak akan pernah kembali.
Fraser: Dan satu bintang ditendang keluar. Apa yang berlaku pada bintang yang lain?
Brown: Itu soalan yang menarik. Sebenarnya ada kertas teori yang telah ditulis oleh beberapa ahli teori yang menunjukkan bahawa bintang-bintang ini dalam orbit elips yang sangat panjang di sekitar lubang hitam besar pusat mungkin merupakan bekas sahabat kepada bintang-bintang yang disebut hypervelocity ini. Dan itulah jenis orbit yang anda harapkan. Kecuali bintang itu sangat malang untuk jatuh terus ke lubang hitam, jika ketinggalan sedikit, ia hanya akan berpusing dan kemudian berada di orbit elips yang sangat panjang di sekitar lubang hitam besar pusat.
Fraser: Dan dari mana asal pasangan itu? Adakah ini nasib yang mungkin mempengaruhi beberapa bintang binari berdekatan?
Brown: Baiklah, itu benar-benar menjadi gambaran yang lebih besar. Pusat galaksi adalah tempat yang menarik. Ia mempunyai banyak bintang muda. Tiga kumpulan bintang besar termuda yang ditemui di galaksi berasal dari tepat berhampiran pusat galaksi. Dan mereka mengandungi beberapa bintang paling besar di galaksi. Jadi ada banyak bintang muda yang mengorbit di sana. Persoalannya, bagaimana anda mendapatkan bintang untuk mengubah orbitnya sehingga menembak tepat ke arah lubang hitam supermasif, bukannya hanya mengorbit di sekitarnya, seperti Bumi yang mengorbit Matahari. Dan itu adalah soalan terbuka. Dan satu perkara yang bintang-bintang hypervelocity kami temui mula memberi kami petunjuk tentang bagaimana mekanisme itu berfungsi. Kerana, sebagai contoh, satu idea adalah bahawa dengan kelompok bintang ini kita perhatikan. Mungkin dengan geseran dinamik, ketika mereka menemui bintang-bintang lain, mereka dapat perlahan-lahan tenggelam ke arah pusat galaksi di mana terdapat lubang hitam. Dan sekiranya itu berlaku, anda dapat membayangkan bahawa tiba-tiba terdapat sejumlah bintang tepat di dekat lubang hitam besar itu. Anda boleh mendapat sebilangan besar bintang hypervelocity ini. Terdapat pelbagai jenis bintang untuk dikeluarkan. Namun bintang-bintang yang kita perhatikan semuanya mempunyai masa perjalanan yang berbeza dari pusat galaksi. Ini hanya memberi kesan, tetapi kita sudah mulai dapat mengatakan sesuatu mengenai sejarah bintang berinteraksi dengan lubang hitam supermasif. Dan apa yang muncul sejauh ini, adalah bahawa tidak ada bukti untuk kelompok bintang jatuh ke pusat galaksi.
Fraser: Mungkin ada semacam tali sawat yang bintang dilahirkan dan kemudian perlahan-lahan mereka jatuh dan kemudian mereka ditendang keluar ketika mereka terlalu dekat.
Brown: Ya, itulah satu idea. Agar tali sawat berfungsi, anda memerlukan tempat besar seperti kelompok bintang agar penghantar berfungsi. Untuk dapat menenggelamkan sesuatu ke arah lubang hitam besar. Oleh kerana objek besar berjumpai banyak objek besar, ternyata objek yang tidak terlalu besar cenderung mengeluarkan sedikit lebih banyak tenaga. Sebagai objek besar, dalam hal ini sekumpulan bintang, kehilangan tenaga, orbitnya merosot dan mendekati pusat galaksi.
Fraser: Dengan sebilangan kecil bintang yang anda temui, dan sebilangan besar bintang di galaksi, pasti sukar untuk mengesan orang-orang ini. Apakah kaedah yang anda gunakan?
Brown: Ya, itulah sebenarnya hasil yang menarik pada masa ini. Penemuan pertama, setahun yang lalu, setelah bintang hypervelocity pertama, ia adalah penemuan kebetulan. Dan kali ini kami secara aktif mencari mereka. Caranya adalah bahawa perkara-perkara ini semestinya sangat jarang berlaku. Ahli teori menganggarkan bahawa mungkin terdapat seribu bintang ini di seluruh galaksi. Dan galaksi mengandungi lebih dari 100 bilion bintang. Oleh itu, kita harus melihat dengan cara yang memberi kita peluang yang baik untuk mencari lebih banyak dari mereka. Dan strategi kami dua kali ganda. Salah satunya adalah bahawa pinggiran Bima Sakti mengandungi kebanyakan bintang tua dan kerdil. Bintang seperti Matahari, atau kurang bintang yang berwarna merah. Tidak ada bintang muda, biru besar, dan itulah jenis bintang yang kami putuskan untuk dicari; bintang-bintang yang masih muda, dan bercahaya sehingga kita dapat melihatnya jauh, tetapi di mana seharusnya bintang-bintang seperti ini tidak berada di pinggir galaksi. Dan bahagian strategi yang lain adalah mencari bintang yang samar. Semakin jauh anda pergi, semakin sedikit bintang galaksi latar belakang yang harus anda hadapi. Dan kemungkinan besar anda akan menjumpai bintang-bintang hypervelocity ini, berbanding bintang lain yang hanya mengorbit galaksi.
Fraser: Dan apakah kaedah yang anda gunakan untuk mengetahui seberapa pantas bintang itu bergerak?
Brown: Untuk itu kita mesti mengambil spektrum bintang. Dengan menggunakan teleskop 6.5 MMT di Arizona, kami mengarahkan bintang ke salah satu bintang calon kami dan kami mengambil cahaya dari bintang itu dan kami memasukkannya ke dalam spektrum pelangi dan mengambil gambar spektrum itu. Dan unsur-unsur dalam suasana yang luar biasa berfungsi sebagai cap jari. Anda dapat melihat garis penyerapan kerana hidrogen dan helium dan unsur-unsur lain. Dan ia menggunakan gerakan, pergeseran Doppler - dalam hal ini pergeseran merah - panjang gelombang tersebut memberitahu kami betapa cepatnya bintang-bintang menjauh dari kita. Dan kebanyakan bintang dalam sampel kami adalah bintang galaksi biasa; mereka bergerak dengan kelajuan yang agak perlahan, dan kemudian kedua-duanya berjalan dengan pantas, dan itulah dua yang kami umumkan sebentar tadi.
Fraser: Dan menurut anda apakah ini memberitahu kita tentang pembentukan bintang, atau pusat galaksi, atau…
Brown: Sebenarnya ini adalah bahagian cerita yang menarik kali ini. Sekarang kita benar-benar mempunyai sampel ini, ini benar-benar kelas objek baru, bintang-bintang hiperkelajuan ini, kita dapat mula mengatakan sesuatu dari mana asalnya, yang merupakan pusat galaksi. Bintang-bintang ini sangat sesuai untuk menceritakan kisah tentang apa yang berlaku di pusat galaksi. Waktu perjalanan mereka memberitahu kita tentang sejarah, apa yang telah berlaku, tetapi juga jenis bintang yang kita lihat. Dalam kes ini, bintang-bintang muda biru ini - 3-4 bintang berjisim suria - yang para astronom memanggilnya bintang jenis B. Fakta bahawa kami telah melihat dua di wilayah tinjauan kami, yang telah kami lakukan untuk sekitar 5% langit, sesuai dengan sebaran rata-rata bintang yang anda lihat di galaksi. Tetapi tidak sesuai dengan sekumpulan bintang-bintang ini yang anda lihat di pusat galaksi. Oleh itu, fakta mengenai jenis bintang yang anda lihat mula memberitahu kita tentang populasi apa yang ditembak keluar dari galaksi. Dalam kes ini, sepertinya bukan sekumpulan bintang supermasif ini, melainkan bintang rata-rata anda yang berkeliaran di galaksi.
Fraser: Dan jika anda mempunyai teleskop Hubble super yang boleh anda gunakan, apa yang anda mahu cari?
Brown: Oh, kami ingin mencari pergerakan bintang-bintang ini di langit. Oleh itu, kita tahu sama ada halaju minimumnya. Satu-satunya perkara yang dapat kita ukur adalah halaju mereka dalam garis pandang berkenaan dengan kita. Yang tidak kita ketahui adalah halaju dalam bidang langit, gerakan yang disebut betul. Anda boleh melakukannya dengan Hubble, jika anda mempunyai garis dasar 3-5 tahun untuk melihat bintang-bintang ini bergerak. Ia harus menjadi gerakan yang sangat kecil. Sekiranya anda mempunyai Hubble yang super, mungkin anda dapat melihatnya dalam setahun. Oleh itu, sangat menarik untuk diketahui. Bukan hanya itu yang memberitahu anda pasti bahawa ini benar-benar berasal dari pusat galaksi, dan bukan dari tempat lain, tetapi juga lintasan mereka. Sekiranya anda tahu dengan tepat bagaimana mereka bergerak keluar, sebarang penyimpangan dari garis lurus dari pusat galaksi memberitahu anda tentang bagaimana graviti galaksi mempengaruhi lintasan mereka dari masa ke masa. Dan itu juga sangat menarik untuk diketahui.
Fraser: Betul, itu akan membantu merancang penyebaran bahan gelap.
Brown: Tepat sekali. Oleh itu, ahli astronomi menyimpulkan adanya jirim gelap. Kami melihat bintang mengorbit galaksi lebih cepat daripada yang seharusnya hanya kerana nampaknya ada massa yang tidak dapat kita pertimbangkan untuk menahannya di orbitnya. Dan masalah gelap ini, sukar untuk mengetahui bagaimana ia diedarkan di seluruh galaksi. Tetapi bintang-bintang ini sudah berada di pinggir galaksi, dan ketika melaluinya, gangguan ini, tarikan graviti materi gelap ketika benda-benda ini bergerak melalui galaksi perlahan-lahan bertambah ketika mereka pergi. Oleh itu, mereka sebenarnya mengukur taburan perkara gelap ini, hanya pada orbitnya. Oleh itu, jika anda dapat mengukur gerakan mereka, daripada contoh bintang, ia benar-benar mula memberi anda panduan bagaimana bahan gelap diedarkan di sekitar galaksi.
