Жертвы катастроф: почему самые горячие звезды Млечного Пути убегают из Галактики

Беглецы из звездоворота

Наша Галактика вращается — другими словами, звезды Млечного Пути обращаются вокруг его центра. Например, Солнце обходит центр Галактики со скоростью примерно 200 км/с. Впрочем, даже при этом на полный оборот требуется около 230 млн лет — так называемый галактический год. У каждой звезды своя продолжительность галактического года: она зависит от расстояния до центра Млечного Пути.

Однако Галактика — это не размеренно вращающийся диск, а скорее бурный «звездоворот». Движение каждой звезды складывается из обращения вокруг центра Млечного Пути в общем хороводе и ее собственного, индивидуального движения через Галактику. Скорость этого последнего называется пекулярной скоростью звезды.

У большинства звезд пекулярные скорости сравнительно невелики. Например, у Солнца — немногим больше 10 км/с. Это значит, что каждый галактический год наше светило возвращается примерно на место своего рождения. Но у некоторых светил пекулярная скорость измеряется десятками или даже сотнями километров в секунду. Такие звезды называются убегающими (runaway). Они навсегда покидают родные пенаты. Одни приближаются к центру Галактики, другие удаляются от него, причем самые быстрые из последних однажды покинут Млечный Путь.

План побега

Как звезда может стать убегающей? Первая версия связана с космическим катаклизмом — взрывом сверхновой. Многие звезды в Галактике — двойные, то есть образуют пары, кружащие вокруг общего центра масс. Они похожи на взявшихся за руки танцоров. Когда один из членов пары взрывается как сверхновая, от него остается маленький и плотный остаток — черная дыра или нейтронная звезда. А что в этом случае произойдет со вторым, уцелевшим светилом? Скорее всего, дуэт распадется, и оставшаяся одинокой звезда с большой скоростью полетит через Галактику. Это несколько напоминает полет груза, который раскрутили на веревке, а потом отпустили. Впрочем, в некоторых сценариях в путешествие отправляется вся пара — обычная звезда и остаток от взрыва сверхновой.

Как хорошо известно каждому, кто смотрел на солнце, не все звезды в Галактике — двойные. Может ли одиночное с рождения светило податься в бега? Да, если оно родом из тесного звездного скопления. В таком скоплении расстояние между соседями больше, чем между членами пары, но значительно меньше, чем, например, дистанция между Солнцем и ближайшей к нему звездой. Члены скопления участвуют в сложном движении, их гравитация влияет друг на друга и иногда может отправить одно из светил прочь из скопления. Хотя гравитация — это сила притяжения, не стоит думать, что она всегда привязывает и сближает. Пролет вблизи массивного объекта может сработать и как мощный пинок. Именно поэтому космические зонды маневрируют вблизи Марса или Венеры, чтобы получить от них толчок и отправиться к окраинам Солнечной системы. Для звезды в тесном скоплении неосторожное сближение с соседом может обернуться вояжем к окраинам Галактики.

Работают ли эти теоретические сценарии, и если да, то какой из них реализуется чаще? Ответ на этот вопрос искали авторы научной статьи, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics.

Космическое головокружение

Авторы нового исследования ограничились звездами класса О. Это самые горячие звезды во Вселенной. Типичные представители этого класса вшестеро горячее Солнца, а некоторые — вдесятеро. Кроме того, они массивнее нашего светила в 15 и более раз.

Что заставило астрономов обратить внимание именно на звезды этого класса? Во-первых, давно известно, что более 20% звезд класса O — убегающие. Во-вторых, огромная температура и масса означают громадную светимость. Такие светила просто-напросто лучше видны в телескоп, так что их изучение — это в некотором смысле поиск под фонарем. В-третьих, большинство звезд класса О рождаются как двойные, а это важно для «сверхнового» сценария.

Однако как выяснить прошлое звезды, будь она хоть трижды жаркой и убегающей? Ведь на ней не написано, происходит ли она из тесного скопления или был ли у нее взорвавшийся партнер. Оказывается, почти написано. В качестве подписи работает скорость вращения звезды вокруг своей оси, которую можно получить из ее спектра.

Все звезды вращаются вокруг своей оси, но большинство из них — довольно медленно. Например, Солнце делает полный оборот за 25 суток. Это значит, что точка на солнечном экваторе движется со скоростью примерно 2 км/с. Однако некоторые светила демонстрируют головокружительные во всех смыслах цифры. Рекорд — до 600 км/с на экваторе — принадлежит звезде VFTS102, правда, находящейся не в Млечном Пути, а в соседней галактике — Большом Магеллановом облаке.

Какое отношение это имеет к убегающим звездам? Светила не рождаются столь быстрыми волчками. Чтобы звезда вращалась со скоростью в сотни километров в секунду, ее нужно раскрутить. И здесь самое время вспомнить о «сверхновом» сценарии. Перед тем как вспыхнуть в последнем взрыве, будущая сверхновая сбрасывает в окружающий космос значительную часть своей своего вещества — иногда до двух третей. Если у звезды есть партнер, он буквально втянет эту материю в себя своей гравитацией. В результате «донор» начинает вращаться вокруг своей оси медленнее, а «принимающая сторона» — быстрее. Естественно предположить, что звезды, выброшенные взрывом сверхновой, будут быстро вращаться вокруг своей оси. Если же светило кружится медленно и степенно, скорее всего, в ее прошлом не было погибшего партнера.

Авторы отобрали 214 убегающих О-звезд с измеренной скоростью вращения. Для 168 из них было известно, являются ли они двойными или одиночными. Эти цифры могут показаться скромными, но они больше, чем в любом предыдущем исследовании такого рода.

Как и ожидалось, большинство убегающих звезд оказались одиночными. Если они и были когда-то двойными, эта пара разрушилась. Это согласуется с расчетами, согласно которым взрыв одного из компонентов обычно разрывает пару. Впрочем, авторы обнаружили 12 двойных убегающих звезд. Для трех из них второй компонент наверняка является черной дырой или нейтронной звездой, то есть продуктом взрыва сверхновой. Об этом свидетельствует рентгеновское или гамма-излучение. Для остальных девяти систем природу второго компонента еще предстоит выяснить.

Не обошлось и без сюрпризов. «Сверхновый» сценарий обычно считается более вероятным, чем «гравитационный». Однако астрономы обнаружили, что большинство исследованных ими убегающих звезд вращаются довольно медленно, а значит, едва ли в их прошлом значится гибель партнера.

Несколько звезд, убегающих особенно быстро — с пекулярными скоростями более 85 км/с — авторы посчитали прошедшими через оба сценария. Они могли родиться в тесном звездном скоплении и состоять в паре, а когда второй компонент взорвался, отправиться в полет и получить дополнительный импульс от какой-то встретившийся на пути звезды.

Ставит ли эта научная работа точку в вопросе о том, откуда берутся убегающие звезды? Разумеется, нет. Будущие исследования охватят еще больше светил, и полученные цифры, возможно, придется пересмотреть. Жизнь нашей Галактики сложна и многообразна, и ученым предстоит отыскать еще много кусочков пазла для ее полной картины.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора