Падающая звезда или космическая пыль?
«Я вижу славу твою, как падающую звезду».
Так говорит граф Солсбери, размышляя о будущем в шекспировском «Ричарде II».
Во времена английского Возрождения люди верили, что падающие звезды - это светила, падающие с небес и являющиеся предвестниками бедствия. Но к концу 19 века ученые установили, что истина гораздо более приземленная. То, что сегодня принято называть падающими или падающими звездами, - это просто маленькие кусочки камня или пыли, которые быстро сгорают при входе в атмосферу Земли.
Падающие звезды, подобные тем, что образовались в результате метеорного потока Леониды, изображенного на этой гравюре 1889 года, не имеют ничего общего с настоящими звездами. Адольф Воллми/WikimediaCommons
Но природа приготовила для вас сюрприз - падающие звезды действительно существуют.
Я астрофизик, изучающий небесную механику - то, как движутся такие объекты, как звезды, планеты и галактики.
С 2005 по 2014 год монументальная программа наблюдений, включающая Sloan Digital Sky Survey и телескопы в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла, подтвердила наличие нового класса звезд, которые движутся с такой невероятной скоростью, что могут избежать гравитации их родные галактики.
Астрономы только начинают понимать эти настоящие падающие звезды, называемые сверхскоростными звездами, которые перемещаются по космосу со скоростью миллионы миль в час.
Вращающиеся звезды и рогатки
История сверхскоростных звезд начинается в 1988 году, когда Джеку Гилберту Хиллсу, теоретику из Лос-Аламосской национальной лаборатории, пришла в голову вдохновенная идея: что произойдет, если двойная звездная система, то есть две звезды, гравитационно связаны друг с другом и вращаются вокруг общего центра масс - путешествовали вблизи массивной черной дыры в центре Млечного Пути? Хиллз подсчитал, что приливная сила черной дыры может разорвать двойную систему надвое.
Представьте себе двух фигуристов, держащихся за руки и кружащихся вокруг, пока они внезапно не отпустят руки. Два фигуриста будут улетать друг от друга. Точно так же, когда две звезды в двойной системе разлетаются в стороны из-за близкого столкновения с черной дырой, они разлетаются в разные стороны. В таком столкновении одна звезда может получить достаточно энергии, чтобы полностью вылететь из галактики.
Теперь астрономы знают, что именно так рождаются сверхскоростные звезды.
Сверхскоростная звезда HE 0437-5439 была выброшена из центра Млечного Пути и находится в пути из галактики в один конец. НАСА, ЕКА и Г. Бэкон (STScI), CC BY
Теория, наблюдения и моделирование
После публикации дальновидной статьи Хиллса астрономическое сообщество сочло сверхскоростные звезды интригующей возможностью, хотя и без наблюдательных данных. Ситуация изменилась в 2005 году.
Во время наблюдения за звездами в гало Млечного Пути группа исследователей из обсерватории MMT в Аризоне наткнулась на нечто совершенно неожиданное. Они наблюдали звезду, покидающую Млечный Путь со скоростью почти 2 миллиона миль в час (3,2 миллиона километров в час). Это была HVS1, первая известная сверхскоростная звезда.
Наблюдения рассказывают часть истории, но чтобы помочь ответить на другие вопросы, например, что происходит с компаньоном после того, как он отделится от сверхскоростной звезды, мы с моим консультантом обратились к компьютерному моделированию. Наши модели предсказывают, что вторая звезда из первой пары часто остается на орбите вокруг черной дыры почти так же, как Земля вращается вокруг Солнца.
Моделирование использует законы физики для расчета орбит и траекторий звезд, включая сверхскоростные звезды. ЭСО/л. Calçada/spaceengine.org, CC BY
Другим захватывающим результатом этих усилий по моделированию стало открытие, что иногда две звезды могут врезаться друг в друга. Когда это происходит, звезды могут сливаться в одну очень массивную звезду.
Если вам интересно, что может случиться с планетой, вращающейся вокруг одной из этих звезд, мы смоделировали и это. В короткой статье 2012 года мы с коллегами показали, что черная дыра в центре нашей галактики может выбрасывать планеты из Млечного Пути почти на 5% скорости света.
На сегодняшний день сверхскоростных планет обнаружено не было, но они вполне могут быть где-то там, ожидая, когда счастливые астрономы наткнутся на них.
Не все быстрые звезды покидают галактику
Используя данные космического корабля Gaia, запущенного в 2013 году, мы с коллегами обнаружили, что некоторые из звезд, которые астрономическое сообщество ранее считало «сверхскоростными звездами», на самом деле, вероятно, связаны с галактикой Млечный Путь..
Хотя этот результат может показаться разочаровывающим, на самом деле он выявляет два критических момента. Во-первых, существуют разные механизмы, позволяющие разгонять звезды до высоких скоростей. Сегодня астрономы знают о тысячах быстрых звезд. Однако то, что звезда движется быстро, не обязательно делает ее сверхскоростной звездой, не связанной с Млечным Путем. Во-вторых, настоящие сверхскоростные звезды, покидающие Млечный Путь, могут быть более редкими, чем считалось ранее.
Данные как наземных, так и космических телескопов, таких как Gaia, помогают астрономам узнать больше обо всех типах высокоскоростных звезд, включая сверхскоростные звезды. ESA, CC BY
Будущее светлое и быстрое
Я нахожу прекрасным, что существуют настоящие падающие звезды. Не менее удивительно и то, что изучение их траекторий и скоростей может помочь ответить на некоторые из наиболее важных вопросов современной науки.
Например, сверхскоростные звезды могут дать ключ к пониманию природы и распределения темной материи во Вселенной. Сверхскоростные звезды также могут быть ключом к ответу на вопрос, существует ли более одной черной дыры в центре галактики.
Мои ученики используют спутник НАСА для исследования транзитных экзопланет для поиска планет вокруг этих невероятно быстрых звезд. Открытие хотя бы одной планеты вокруг сверхскоростной звезды навсегда изменит представление о формировании планет и их живучести.
Эти звезды быстры, но медленно проливают свет на тайны природы. Хотя вы, возможно, не сможете увидеть настоящую падающую звезду своими глазами, вы, безусловно, сможете загадать желание.
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.