Команда астрономів, яка працювала з двома каталогами масивних зірок, знайшла цілу групу зірок, які рухаються інакше, ніж галактика. Це зірки-втікачі, які покидають галактику. Нові знахідки містяться в статті під назвою «Галактичні зірки O та Be, знайдені за допомогою Gaia DR3». Він буде опублікований у журналі Astronomy and Astrophysics, а провідним автором є Мар Карретеро Кастрільо, аспірант відділу квантової фізики та астрофізики Інституту космічних наук Університету Барселони.

Кастрільо та її колеги базували свою роботу на двох зіркових каталогах. Це Galactic O-Star Catalog (GOSC) і Be Star Spectra (BeSS). Обидва вони є каталогами різних типів масивних зірок: зірок O-типу та Be-типу та їхніх підтипів.

Дослідники також використовували дані Gaia, потужного космічного корабля ESA для вимірювання зірок. Він використовує астрометрію для вимірювання положення, відстані та руху одного мільярда зірок. Місія Gaia змінює астрономію, надаючи точні надійні дані, які інші дослідники можуть використовувати у своїх дослідженнях. Цей документ базується на поєднанні даних Gaia та даних з двох каталогів.

Ніхто не знає, скільки зірок-втікачів покидає нашу галактику, але астрономи постійно знаходять їх все більше. За деякими оцінками, існує 10 мільйонів зірок-втікачів, які тікають з Чумацького Шляху, але ми не знаємо напевно. Це може залежати від механізму, який відганяє їх, і це те, що астрофізики не до кінця розуміють.

Це дослідження спрямоване на те, щоб пролити світло на феномен зірки-втікачки, розглядаючи саме масивні зірки.

«Відповідна частина масивних зірок — це зірки-втікачі. Ці зірки рухаються зі значною особливою швидкістю відносно свого середовища», — пояснюють автори. Вони мали намір виявити та охарактеризувати масивні зірки раннього типу в обох каталогах, вивчивши дані Gaia.

«Масивні зірки OB раннього типу є найбільш яскравими зірками в Чумацькому Шляху», — пояснюють вони. Зірки OB не тільки масивні та молоді, вони надзвичайно гарячі. Вони утворюють слабко організовані групи один з одним, які називаються асоціаціями ОВ. Оскільки вони молоді та гарячі, вони довго не живуть. Вони важливі в астрономії, тому що вони такі масивні та енергійні, і, тому що багато з них вибухають як наднові. Тому існують спеціальні каталоги, присвячені їм.

Команда перехрестила дані Gaia з каталогами GOSC і BeSS і виявила 417 зірок O-типу та 1335 зірок Be-типу, присутніх як у Gaia, так і в каталогах відповідно. З них вони знайшли 106 зірок-втікачів типу O, що становить 25,4% зірок у каталозі GOSC. Сорок два з них нещодавно ідентифіковані.

Вони виявили 69 зірок-втікачів Be, що становить 5,2% зірок у каталозі зірок типу Be. Сорок сім із них нещодавно ідентифіковані. Загалом зірки типу O рухаються швидше, ніж зірки типу Be.

Чому масивні зірки становлять таку велику частку зірок-втікачів? Є дві конкуруючі теорії, які намагаються пояснити зірки-втікачі, і обидві стосуються масивних зірок. Один — це сценарій динамічного викиду (DES), а інший — сценарій подвійної наднової (BSS).

OB зірки часто утворюються в подвійних парах. У BSS одна зірка вибухає як наднова, і вибух кидає іншу зірку. Якщо ситуація правильна, зірка, що вижила, отримує достатньо енергії в правильному напрямку, щоб вона могла вирватися зі свого партнера, яким зараз є нейтронна зірка або чорна діра. Він також може уникнути гравітаційного тяжіння Чумацького Шляху. Якщо це трапляється, він починає свою довгу подорож у міжгалактичний простір.

У DES немає драматичного вибуху наднової. Натомість зірка в компактній, щільно упакованій області зазнає гравітаційної взаємодії з іншими зірками. Зустріч між подвійними та одиночними зірками може спричинити втечу, як і зустріч між двома подвійними парами. Асоціації OB, де зазвичай утворюються зірки O-типу та B-типу, є типами щільних середовищ, які можуть викликати зірки-втікачі. Оскільки більшість із цих зірок масивні, більшість зірок-втікачів також масивні.

Вчені десятиліттями цікавилися цими двома сценаріями та обговорювали їх. Обидва сценарії можуть створювати зірки з достатньою швидкістю, щоб втекти з галактики. Вивчаючи вибірку зі 175 зірок-втікачів, дослідники виявили, що отримані дані свідчать про одне пояснення над іншим.

«Вищий відсоток і вищі швидкості, знайдені для O-типу порівняно з Be-типом, підкреслюють, що сценарій динамічного викиду є більш імовірним, ніж сценарій подвійної наднової», – пишуть вони.

Відсоток спектральних типів, представлених у зірках-втікачах, допомагає пояснити їхній висновок. 25% зірок O-типу в їхній вибірці є втікачами проти 5% зірок Be-типу. Інші дослідження прийшли до інших цифр, але, як зазначають автори, «існує згода в тому сенсі, що відсоток зірок типу O значно вищий, ніж для зірок B або Be».

Попередні дослідження показують, що зірки-втікачі O-типу мають вищі швидкості, ніж зірки типу B і Be. Попередні дослідження також показують, що динамічний викид часто призводить до швидших, більш масивних розбігів, ніж сценарій подвійної наднової. «Зірки GOSC-Gaia DR3 мають вищі швидкості в цілому, ніж у BeSS-Gaia DR3», — пояснюють автори, що узгоджується з попередніми дослідженнями. Джерело

Але традиційне зображення Чумацького Шляху – це галактика з чотирма великими спіральними рукавами, що виходять із товстої централізованої опуклості зірок. Завдяки цьому наша спіральна галактика виділяється як надзвичайно рідкісний викид із дивною формою, яка повинна мати деякі дуже унікальні властивості, щоб надати їй чотири головні рукави. 

Однак це зображення може бути неправильним. Команда астрономів опублікувала нове дослідження, яке свідчить про те, що ми помилялися щодо форми Чумацького Шляху протягом десятиліть, оскільки наша галактика має два головних рукави, як і її сучасні спіральні галактики.

Відкриття, яке може змінити наше розуміння Чумацького Шляху, сталося, коли вчені-космонавти з Китайської академії наук, що базується на Пурпурній горі, і Національної астрономічної обсерваторії проаналізували численні джерела астрономічних даних, щоб краще зрозуміти справжню форму нашої галактики.

«Незважаючи на велику роботу, загальна морфологія спіральної структури Чумацького Шляху залишається дещо невизначеною», — пишуть астрономи в статті .(відкривається в новій вкладці)описуючи свої дослідження та висновки. «За останні два десятиліття точні вимірювання відстані дали нам можливість вирішити цю проблему».

Команда оцінила дані нового покоління космічних інструментів, які можуть краще вимірювати відстань до окремих зірок, що дозволило їм виміряти відстані приблизно до 200 зірок і почати складати карту Чумацького Шляху. Потім вони додали дані з космічного телескопа Gaia Європейського космічного агентства (ESA), який точно спостерігає за рухом зірок і їх розташуванням відносно Землі. 

Зокрема, у даних Gaia астрономи відточили гарячі та масивні зірки, які називаються OB-зірками. Оскільки ці зірки короткоживучі, вони дуже мало рухаються протягом свого життя головної послідовності, що спалює водень, що робить їх корисними для картографування. Дані, зібрані з 24 000 зірок OB, були додані до карти, а також спостереження Gaia за понад 1000 розсіяних галактичних скупчень. 

Це змусило астрономів припустити, що Чумацький Шлях — це спіральна галактика з перемичками, лише з двома головними рукавами, що відходять від цієї щільної центральної смуги. 

«Використовуючи точні дані про розташування дуже молодих об’єктів, ми вперше припускаємо, що наша галактика має багаторукавну морфологію, яка складається з дворукавної симетрії», — написали вони. «Рукави Норми та Персея, ймовірно, є двома симетричними рукавами у внутрішньому Чумацькому Шляху. Коли вони простягаються від внутрішньої галактики до зовнішніх частин, вони роздвоюються та з’єднуються з рукавами Центавра та Стрільця відповідно».

На околицях Чумацького Шляху, як пишуть астрономи, розташовані віддалені та фрагментовані нерегулярні рукави, які не пов’язані з центральною опуклістю галактики, де розташована більшість її зірок. Фрагментація спіральних рукавів могла бути спричинена зіткненням нашої галактики з іншими галактиками або навіть галактичними скупченнями в її давній історії. 

Команда астрономів дійшла висновку, що ця нова модель форми Чумацького Шляху може стати альтернативною основою для майбутніх досліджень структури галактик. Вони додають, що більше деталей має бути розкрито шляхом подальших спостережень за сусідніми радіоджерелами, зроблених кількома телескопами, які дозволили б обчислити їх відстані від Землі, а також покращених даних з космічного корабля Gaia. Gaia була запущена у 2013 році й, як очікується, буде спостерігати за Всесвітом щонайменше ще два роки до 2025 року. 

І це має важливе значення для нашого розуміння еволюції нашої галактики та тих, хто нас оточує, оскільки швидкість, з якою народжуються та вмирають зірки, може змінити загальний хімічний склад галактики.

Зірки — це фабрики, які виробляють складніші елементи нашого Всесвіту. Їхні ядра — це ядерні печі, які розбивають атоми разом, перетворюючи їх на все більші атоми. Коли вони помирають, їх насильницькі передсмертні муки викидають ці важчі елементи в міжзоряний простір, щоб дрейфувати в хмарах або поглинатися новими зірками, що утворюються. Їхні вибухи наднових також є енергійними, утворюючи ще важчі елементи, які їхні ядра не могли витримати.

Як і їх смерть, народження зірок також є енергійним. Вони утворюються з щільних згустків у хмарах міжзоряного пилу та газу, руйнуються під дією сили тяжіння та жадібно поглинають матеріал із простору навколо себе, доки в їхніх ядрах не буде достатньо тиску та тепла, щоб спалахнути термоядерний синтез. Коли вони це роблять, вони починають випромінювати потужні зоряні вітри, які видувають частинки в космос, і реактивні літаки, що запускаються з їхніх полюсів частинок, прискорюються вздовж магнітного поля дитячої зірки.

Одним з елементів, який, як відомо, є результатом смерті зірки, є радіоактивний ізотоп алюмінію під назвою алюміній-26. Алюміній-26 не служить довго, космічно кажучи; він має період напіврозпаду 717 000 років. І коли він розпадається, він створює гамма-випромінювання на певній довжині хвилі.

Але алюміній-26 також присутній у значних кількостях у хмарах матеріалу, які оточують новоутворені зірки. Якщо швидкість, з якою матеріал падає на зірку, перевищує швидкість звуку, утворюється ударна хвиля, що генерує космічні промені. Коли промені стикаються з ізотопами в пилу, такими як алюміній-27 і кремній-28, вони можуть утворювати ізотоп алюмінію-26. Отже, розглядаючи бюджет гамма-випромінювання у Всесвіті, створений радіоактивним розпадом алюмінію-26, астрономи можуть оцінити швидкість, з якою зірки, що генерують ізотоп, формуються та гинуть у Чумацькому Шляху, і використовувати це для визначення загальну швидкість утворення зірок.

Поточні оцінки швидкості зореутворення в галактиці Чумацький Шлях становлять близько двох сонячних матеріалів, що перетворюються на зірки щороку. Оскільки більшість зірок у Чумацькому Шляху значно менші за масу Сонця, за оцінками, це в середньому близько шести або семи зірок на рік. Зігерт та його колеги провели перепис гамма-випромінювання алюмінію-26 у галактиці та провели моделювання, щоб побачити найбільш вірогідний механізм виробництва спостережуваного надлишку цього світла. Вони виявили, що найкраще підходить швидкість утворення зірок приблизно від чотирьох до восьми сонячних мас на рік; або приблизно до 55 зірок на рік.

Цю оцінку ще можна покращити; моделі не повністю відтворювали гамма-випромінювання Чумацького Шляху, як воно спостерігається зараз; і відстань до джерела гамма-променів може змінити остаточну оцінку, але її складно оцінити. Ось чому дослідники могли дати лише діапазон швидкості утворення зірок, а не точну масу. Проте метод команди є перспективним для кращого розуміння того, як Чумацький Шлях створює нові зірки. Зореутворення зазвичай оповите густим газом і пилом, які важко побачити; підрахунок гамма-випромінювання, яке він виробляє, може бути одним з ефективних способів зазирнути за завісу.

Наш Локальний аркуш, як приклад «космологічної стіни», відокремлює Локальну порожнечу в одному напрямку від Південної порожнечі в іншому. Відносини між галактиками в Місцевому аркуші, здається, сильно впливають на їх поведінку; наприклад, їхні однакові швидкості відносно розширення Всесвіту. За межами середовища космологічної стіни ці швидкості мали б набагато ширший діапазон.

Щоб визначити вплив навколишнього середовища на галактики навколо нас, команда астрономів на чолі з Мігелем Арагоном з Національного автономного університету Мексики провела аналіз, використовуючи моделювання з проєкту IllustrisTNG, який моделює фізичний Всесвіт.

Вони не очікували знайти щось незвичайне.

«Чумацький Шлях у певному сенсі особливий», — каже Арагон. «Земля, безсумнівно, особлива, це єдиний дім життя, який ми знаємо. Але це не центр Всесвіту чи навіть Сонячної системи. А Сонце — це просто звичайна зірка серед мільярдів у Чумацькому Шляху. Здавалося, навіть наша галактика просто ще однією спіральною галактикою серед мільярдів інших у доступному для спостереження Всесвіті».

Але коли вони змоделювали об’єм простору близько мільярда світлових років у поперечнику, який містить мільйони галактик, виникла інша картина: лише мізерна жменька таких масивних галактик, як Чумацький Шлях, могла бути розташована всередині космологічної структури стіни.

«Чумацький Шлях не має особливої ​​маси чи типу. Є багато спіральних галактик, які приблизно схожі на нього», — каже астроном Джо Сілк з Інституту астрофізики Паризького університету Сорбонни у Франції.

«Але це рідко, якщо взяти до уваги його оточення. Якби ви могли легко побачити на небі найближчу дюжину або близько того великих галактик, ви побачили б, що всі вони майже лежать на кільці, вбудованому в локальний аркуш. Це небагато. щось особливе саме по собі. Те, що ми нещодавно виявили, це те, що інші стіни галактик у Всесвіті, як-от Місцевий лист, дуже рідко здається, що всередині них є галактика, яка така ж масивна, як Чумацький Шлях».

Аналіз команди не взяв до уваги Андромеду, найбільшого галактичного сусіда Чумацького Шляху. Також особливістю Місцевого аркуша – і, отже, частиною тієї самої космологічної стіни – є галактика такого ж розміру, як Чумацький Шлях. Оскільки мати двох важковаговиків у космологічній стіні було б ще рідше, їхні висновки все ще застосовні.

Однак дослідження підкреслює, що нам, можливо, доведеться враховувати наше місцеве середовище, вивчаючи Чумацький Шлях, а не припускати, що наш дім зазвичай висить у середньому місці у Всесвіті.

Оскільки моделювання команди враховує лише контекст Чумацького Шляху всередині космологічної стіни, можливо, у майбутній роботі можна буде врахувати більше галактик у межах Місцевої групи. Дослідники також відзначають, що екологічний контекст може допомогти пояснити деякі раніше незрозумілі явища, такі як незвичайне розташування галактик-супутників навколо Андромеди та особлива їх відсутність навколо Чумацького Шляху.

«Треба бути обережним… вибираючи властивості, які вважаються «особливими», — каже астроном Марк Нейрінк з Баскського фонду науки в Іспанії.

«Якби ми додали смішну обмежувальну умову для галактики, наприклад, що вона повинна містити статтю, яку ми написали про це, ми, безперечно, були б єдиною такою галактикою у спостережуваному Всесвіті. Але ми вважаємо, що ця галактика «занадто велика для стіни». властивість є фізично значущою та достатньо релевантною для спостереження, щоб назвати її справді особливою».