Zespół naukowców łączy „gorące młode gwiazdy” z gromadami, w których się narodziły, korzystając z badania miliarda gwiazd w ramach misji Gaia.
W chaotycznym środowisku otwartych gromad gwiazd silne oddziaływania grawitacyjne między ciałami mogą wyrzucać pojedyncze gwiazdy daleko poza gromadę, a nawet poza naszą Galaktykę, Drogę Mleczną. Teraz po raz pierwszy naukowcy zmapowali kilka z tych gromad, które istnieją poza dyskiem galaktycznym, do gromad, z których pochodzą, wykorzystując nowe dane z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej.
Śledząc je w czasie, aby zobaczyć, skąd pochodzą, jesteśmy w stanie dopasować 15 z nich do gromad gwiazd, w których się narodziły – powiedziała M. Virginia McSwain, profesor nadzwyczajny fizyki w Lehigh. Jeżeli będziemy w stanie powiedzieć z dużą pewnością, skąd pochodzą niektóre z tych gwiazd, dowiemy się więcej o historii gromad gwiazd w Drodze Mlecznej.
Większość gwiazd znajdujących się poza cienkim dyskiem Drogi Mlecznej, który obejmuje ramiona spiralne o grubszej średnicy w centrum, ma ponad 8 miliardów lat i powstała we wczesnym etapie historii Galaktyki. Biorąc pod uwagę ich bardzo stary wiek, nie jest zaskakujące, że podróżowały daleko od swoich miejsc narodzin.
Ponieważ prawie cały proces formowania gwiazd w Galaktyce zachodzi w cienkim dysku, gorące gwiazdy typu B rzadko występują poza tym regionem. Jednak niewielka liczba tych młodych gwiazd, których wiek szacuje się na 10-100 milionów lat, znajduje się na dużych wysokościach powyżej i poniżej dysku. Prawdopodobnie zostały wyrzucone z gromad, w których się narodziły, w ciągu ostatnich kilku milionów lat.
Gorące gwiazdy rzadko wychodzą poza dysk, więc kiedy to robią, są zauważalnie nie na miejscu – powiedział Brandon Schweers, student astrofizyki na Lehigh, który przeprowadził kluczowe badania w ramach projektu. Gromady macierzyste prawdopodobnie wyrzuciły większość tych gwiazd typu B, gdy bliskie oddziaływania trzech lub czterech ciał wyrzuciły członka gromady, wysyłając go z dala od płaszczyzny Drogi Mlecznej.
Jedna z badanych gwiazd została wyrzucona ze szczególnie dużą prędkością, co sugeruje, że mogła zostać wystrzelona podczas eksplozji supernowej w bliskim układzie podwójnym gwiazd, powiedział Schweers. Istnieje nawet możliwość, że gwiazdy zostają wyrzucone tylko po to, by zawrócić i zostać ponownie wystrzelone.
Mimo że te „osierocone” gwiazdy są znane od dwóch dekad, żadna z nich nie została wcześniej dokładnie zmapowana do swojego miejsca pochodzenia z powodu braku wysokiej jakości danych umożliwiających śledzenie ich początków. Jednak dzięki danym z misji Gaia, naukowcy byli w stanie precyzyjniej rozszyfrować ruchy gwiazd niż było to możliwe wcześniej.
Wykorzystanie trajektorii do śledzenia czasu
Misja Gaia, która rozpoczęła się w 2013 roku, ma na celu zbadanie ponad miliarda gwiazd w Drodze Mlecznej i stworzenia precyzyjnej trójwymiarowej mapy Galaktyki. Dane obejmują bezprecedensowe pomiary położenia gwiazd i pomiary prędkości radialnych dla najjaśniejszych 150 milionów obiektów.
Na podstawie danych z misji Gaia, opublikowanych w 2023 roku, naukowcy przeanalizowali trajektorie kinematyczne 95 gwiazd typu B rozlokowanych na znacznej szerokości galaktycznej, oraz około 1400 znanych galaktycznych gromad otwartych, aby zidentyfikować momenty w przeszłości, w których mogły się one przecinać, co mogło prowadzić do wyrzutu masy.
Korzystając z ich trójwymiarowych pozycji i trójwymiarowych prędkości w przestrzeni, byliśmy w stanie obliczyć trajektorie każdej gromady i gwiazdy na dużej wysokości galaktycznej w ciągu ostatnich 30 milionów lat – powiedziała McSwain. Wykorzystali pakiet galpy w języku Python o otwartym kodzie źródłowym do analizy dynamiki galaktycznej w celu modelowania pola grawitacyjnego Galaktyki w każdym punkcie.
Gdy zidentyfikowali potencjalne dopasowania, porównali kolor i jasność każdej wyrzuconej gwiazdy z diagramem Hertzsprunga-Russella (H-R), czyli diagramem wielkości kolorów, dla każdej gromady otwartej. Gromada otwarta składa się z tysięcy gwiazd o tym samym wieku i składzie, znajdujących się w tej samej odległości.
Kształt diagramu H-R zależy głównie od wieku gromady, więc możemy stwierdzić, czy wyrzucona gwiazda ma podobny wiek do jej potencjalnego rodzeństwa – powiedziała McSwain. Zastosowanie testu H-R jeszcze bardziej zawęziło listę potencjalnych dopasowań.
Na zakończenie przeanalizowano gęstość jądra każdego potencjalnego dopasowania gromady. Gromady o większej gęstości mają więcej silnych oddziaływań grawitacyjnych między członkami, co daje im największy potencjał do wyrzucania gwiazd.
Łącząc te narzędzia, naukowcy potwierdzili pozytywne dopasowanie pochodzenia dla 15 osieroconych gwiazd.
Na podstawie obliczeń trajektorii naukowcy szacują, że wyrzuty miały miejsce około 5-30 milionów lat temu, przerzucając porzucone gwiazdy przez Drogę Mleczną z prędkością 30-200 km/s do ich obecnej lokalizacji. Nasze wyniki stanowią miarę wieku wyrzutu każdej osieroconej gwiazdy, dostarczając nowego wglądu we względne znaczenie wyrzutów dynamicznych i wyrzutów supernowych w młodych gromadach otwartych – powiedział Schweers.
Mimo że udało im się dopasować wiele odległych gwiazd, nie udało się w przekonujący sposób powiązać niektórych z nich z dyskiem Drogi Mlecznej, co może dostarczyć dowodów na inne niezwykłe scenariusze. Mogą one obejmować rzadkie procesy gwiazdotwórcze w obłokach molekularnych wysoko poza dyskiem, lub mogą być reliktami dawnych galaktyk karłowatych, które w przeszłości połączyły się z Drogą Mleczną.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: Lehigh University
Na ilustracji: Wizja artystyczna Gai mapującej gwiazdy Drogi Mlecznej. Źródło: laboratorium multimedialne ESA/ATG; tło: ESO/S. Bruniera
