Radiobillede af det galaktiske centrum. (SARAO) Astronomer har opdaget en ny hovedsekvensstjerne, der er den hurtigste af sin slags, der nogensinde er fundet i Mælkevejen. Den suser gennem galaksen med en iøjnefaldende hastighed på omkring 1.700 kilometer i sekundet, og den ræser væk fra centrum af galaksen.
Dette gør den også til den første stjerne, som astronomer med sikkerhed kan identificere som værende slynget ud fra det galaktiske centrum. Det betyder, at det sandsynligvis blev startet ud af en interaktion med det supermassive sort hul deri kolossen Sagittarius A* (Sgr A*).
'Vi opdagede faktisk stjernen uden tvivl,' fortalte astronom Daniel Zucker fra Macquarie University til Energyeffic.
'Vi har gennemført en undersøgelse kaldet S5 … for at observere stjerner i stjernestrømme, som er strukturer omkring vores galakse skabt af stjernehobe og dværggalakser, når de bliver revet fra hinanden af Mælkevejens tidevandskræfter.'
Ifølge Zucker kan stjernernes spektre fortælle os om deres temperaturer, sammensætning og alder, samt hvor hurtigt de bevæger sig mod eller væk fra os (deres radiale hastighed).
'Som et sideprojekt undersøgte professor Sergey Koposov fra Carnegie Mellon University spektre fra S5-undersøgelsen for at lede efter stjerner med høje radiale hastigheder; han var meget overrasket over at opdage, at en stjerne - som han døbte S5-HVS1 - bevægede sig væk fra os med en hastighed på over 1.000 km/s!'
Opfølgende observationer og beregninger bekræftede resultatet, hvilket gav en sindssygt hurtig hastighed på 1.700 km/s.
S5-HVS1 er ret interessant. Det er en hovedsekvens eller 'levende' stjerne, der stadig gennemgår brintfusion i sin kerne; faktisk er den relativt ung, op til kun 500 millioner år gammel af dens anslåede 1 milliard-årige levetid.
Det er en A-type stjerne omkring 2,35 gange Solens masse og skinner ret kraftigt. Disse egenskaber gør det til en rigtig mærkelig bold blandt disse fartstjerner, kendt som hyperhastighedsstjerner eller HSV'er.
Det er fordi, ifølge en 2015 analyse , de HSV'er, astronomer har fundet i hovedsekvensen, har en tendens til Stjerner af O- og B-type : meget varme og massive 'lev hurtigt og dø ung' stjerner, der ikke lever mere end en få titusinder af år .
Der er også 'døde' stjerner med hyperhastighed, eller neutronstjerner, som den tidligere hastighedsrekordholder, RX J0822−4300 , med en tilsyneladende hastighed over 1.500 kilometer i sekundet – en rekordhastighed, da den første gang blev beregnet i 2006.
Nyere forskning efterfølgende fandt, at det var betydeligt langsommere , men hurtigere døde stjerner blev alligevel identificeret sidste år: To hvide dværge klokkede ind kl omkring 2.200 kilometer i sekundet .
Men døde stjerner med hyperhastighed har enklarere oprindelse: når en døende stjerne går til supernova, kan eksplosionen være asymmetrisk, og skubbe selve stjernen ud i rummet med vanvittige hastigheder. For de hvide dværge menes en dobbelt detonation, hvor begge stjerner går kaboom, at være ansvarlig.
Før S5-HVS1 (hvis opdagelsen stadig afventer peer review ), var den nuværende ubestridt hurtigste kendte hovedsekvensstjerne i galaksen US 708 , med 1.200 kilometer i sekundet. Det er en O-type. S5-HVS1 blæser den op af vandet.
Men uden en eksplosion, hvordan bliver hovedsekvensstjerner sparket ind i så vanvittige hastigheder? Nå, det er der sorte huller kom ind.
Astronomer mener, at hyperhastigheds-hovedsekvensstjernerne, der er identificeret til dato, kunne være blevet slynget ud i rummet via tre-legeme-udvekslingsinteraktioner, hvor en af kropperne er et sort hul, og de to andre er stjerner i et binært system.
(Tag et pusterum og se denne smukke animation af et system med tre krop indstillet til at lyde.)
'Tre-legeme udvekslingsinteraktioner mellem stjerner og et massivt sort hul frigør uundgåeligt stjerner fra en galakse' skrev astronomen Warren Brown fra Harvard Smithsonian Center for Astrophysics i 2015.
'Fordi stjerner har en begrænset størrelse, er det kun et massivt kompakt objekt, der kan forklare stjerner, der slynges ud ved 1.000 km s−1 hastigheder.'
S5-HVS1's position, omkring 29.000 lysår væk fra Jorden, og den hastighed, den bevæger sig med, indikerer, at den blev smidt ud af det galaktiske centrum for omkring 4,8 millioner år siden med en stor kraft.
'Vores model af dens kredsløb antyder, at dens begyndelseshastighed var nogenlunde lig dens nuværende hastighed - omkring 1.800 km/s,' sagde Zucker.
'For at få det op på den hastighed ville det kræve en overførsel af cirka 6 x 10^42 Joule kinetisk energi - til reference, et kick som det ville accelerere Jorden til 0,997 gange lysets hastighed!'
Det har suset hen over rummet lige siden - men mekanismen, der sparkede den ud, er lidt mindre klar.
For at en udvekslingsinteraktion med tre legeme skulle have fundet sted, skulle en af stjernerne ifølge avisen have været en relativt lav masse, mindre end Solens masse, låst i en kortvarig bane med S5-HVS1 - varer mellem 3 og 40 dage.
Selvom disse binære filer ville være sjældne, er de mulige. En tilvækstbegivenhed for et par millioner år siden kunne have sat gang i stjernedannelsen i det galaktiske centrum og produceret S5-HSV1-binæren. Dens bane er mærkeligt justeret med en skive af disse stjerner, hvilket kunne indikere, at det er der, den stammer fra.
'Den grundlæggende idé (nogle gange omtalt som Hills-mekanismen) er, at et binært stjernesystem (to stjerner, der kredser om hinanden) kommer tæt på et supermassivt sort hul, og en af stjernerne bliver fanget af det sorte hul,' forklarede Zucker. .
'Når den fangede stjerne trækkes i kredsløb om det sorte hul, bliver den anden stjerne slynget ud i rummet med høj hastighed - i tilfælde af et sort hul med en masse flere millioner gange Solens masse, kan den udstødte stjerne nå en hastighed på ~1.000 km/s eller mere.'
Endnu en mulighed er, at et mellemliggende sort hul i det galaktiske centrum smeltede sammen med Sgr A* for et par millioner år siden. Den dynamiske friktion i de sidste stadier af dens inspiration kunne have sparket en flok stjerner ud af det galaktiske centrum.
Selvom der er få beviser for en sådan hændelse, kunne den undersøges ved at søge efter flere hyperhastighedsstjerner, der udslynges samtidig med S5-HVS1.
Der er også stadig mere at lære om selve stjernen. En ny udgivelse af Gaia-data - et projekt til at kortlægge galaksen i tre dimensioner på det højeste niveau af nøjagtighed og detaljer nogensinde - forventes i slutningen af 2021.
'Yderligere observationer af stjernen, og især den næste Gaia-dataudgivelse, vil give os mulighed for at måle stjernens 3D-position og hastighed med større nøjagtighed og dermed bedre modellere dens kredsløb; dette vil give os mulighed for præcist at udpege stjernens oprindelse,' sagde Zucker.
'Derudover vil opdagelsen af flere sådanne HVS give os fingerpeg om, hvad der foregår i Galactic Centre, og gøre os i stand til at få et bedre indtryk af galaksens form og massefordeling.'
Undersøgelsen er blevet indsendt til Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , og er tilgængelig på pre-print hjemmesiden arXiv .
Opdatering 1. august 2019: Artikel opdateret med kommentarer fra Daniel Zucker.