Тесты на звездное отцовство позволяют установить истоки звезд в Млечном Пути

В хаотичной среде открытых звездных скоплений сильное гравитационное взаимодействие между телами может запустить отдельные звезды далеко за пределы скопления и даже за пределы нашей галактики, Млечного Пути.

Теперь, используя новые данные миссии Gaia Европейского космического агентства, ученые впервые сопоставили несколько таких звезд, существующих за пределами диска галактики, со скоплениями их происхождения.

Исследователи из Университета Лехай представили результаты работы «Matching High-Latitude B Stars to the Open Clusters of Their Birth», сегодня на пресс-конференции в рамках 243-го заседания Американского астрономического общества (AAS) в Новом Орлеане.

Проследив их путь во времени, чтобы узнать, где они зародились, мы смогли сопоставить 15 из них со звездными скоплениями, в которых они родились, — сказала М. Вирджиния (Джинни) Максуэйн, доцент физики в Университете Лехай.

Если мы сможем с высокой степенью уверенности сказать, откуда взялись некоторые из этих звезд, мы узнаем больше об истории звездных скоплений в Млечном Пути.

Возраст большинства звезд за пределами тонкого диска Млечного Пути, включающего спиральные рукава с более толстым диаметром в центре, превышает восемь миллиардов лет, и они сформировались в самом начале истории галактики. Учитывая их возраст, неудивительно, что они улетели далеко от мест своего рождения.

Поскольку почти все звездообразование в нашей галактике происходит в тонком диске, горячие звезды B-типа редко встречаются за пределами этой области. Однако небольшое количество этих молодых звезд, возраст которых оценивается от 10 до 100 миллионов лет, можно найти на больших высотах над и под диском, вероятно, они были выброшены из скоплений, где родились, за последние несколько миллионов лет.

Горячие звезды не часто выходят за пределы диска, поэтому, когда они это делают, они заметно выбиваются из общей картины, — говорит Брэндон Швеерс, студент Университета Лехай, который проводил ключевые исследования в рамках проекта.

Родительские скопления, вероятно, выбрасывают большинство этих звезд B-типа, когда близкие гравитационные взаимодействия трех или четырех тел выбрасывают членов скопления, отправляя их бежать прочь от плоскости Млечного Пути.

Одна из изученных звезд была выброшена с особенно высокой скоростью, так что, возможно, она была выброшена во время сверхновой в тесной бинарной звездной системе, — говорит Швеерс, выпускник, изучающий астрофизику. Звезды могут даже вылетать, чтобы затем вернуться и снова вылететь.

Хотя эти «осиротевшие» звезды известны уже два десятилетия, ни одна из них не была нанесена на карту, поскольку не было качественных данных, позволяющих проследить их происхождение. Однако благодаря данным миссии Gaia исследователи смогли расшифровать движение звезд с большей точностью, чем это было возможно ранее.

Использование траекторий для отслеживания времени

Миссия «Гайя», запущенная в 2013 году, ставит своей целью обследовать более миллиарда звезд в Млечном Пути и построить точную трехмерную карту галактики. Данные включают беспрецедентные позиционные измерения звезд и измерения радиальных скоростей для 150 миллионов самых ярких объектов.

На основе данных Gaia, опубликованных в 2022 году, исследователи Lehigh проследили кинематические траектории 95 высокоширотных звезд B и около 1400 известных галактических открытых скоплений, чтобы определить моменты в прошлом, когда они могли пересечься и произойти выброс.

Используя их трехмерные положения и трехмерные скорости в пространстве, мы смогли рассчитать траектории каждого скопления и высокоширотной звезды за последние 30 миллионов лет, — говорит Максуэйн.

Для моделирования гравитационного поля галактики в каждой точке они использовали пакет Python galpy с открытым исходным кодом для анализа галактической динамики.

Выявив потенциальные совпадения, они сравнили цвет и яркость каждой выброшенной звезды с диаграммой Герцшпрунга-Рассела (H-R) — цветовой диаграммой величины — для каждого открытого скопления. В открытом скоплении обычно находятся тысячи звезд одного возраста и состава на одинаковом расстоянии.

Форма диаграммы H-R в основном зависит от возраста скопления, поэтому мы можем определить, имеет ли выброшенная звезда схожий возраст со своими потенциальными братьями и сестрами по скоплению, — говорит Максуэйн.

Применение теста H-R позволило еще больше сузить список потенциальных совпадений.

Наконец, они проанализировали плотность ядра каждого скопления, которое могло совпасть. Скопления с более высокой плотностью имеют больше сильных гравитационных взаимодействий между членами, что дает им наибольший потенциал для выброса звезд.

Тесты на отцовство дают положительный результат

Объединив эти инструменты, исследователи подтвердили положительное совпадение отцовства для 15 осиротевших звезд. Это галактическое генеалогическое исследование и дало Швеерсу идею для названия презентации.

Когда я дошел до стадии сравнения цвета и яркости потенциальных совпадений и отбросил те, которые плохо коррелировали с диаграммами H-R, у меня возникло ощущение, что я сравниваю ДНК осиротевших звезд и их потенциальных братьев и сестер, — сказал Швирс, вспомнив «Шоу Мори Повича».

Думаю, все слышали поговорку «Ты не отец», пришедшую из этого шоу. Для многих из этих скоплений я, по сути, говорил, что они не являются родителями этих осиротевших звезд, поэтому я придумал название „Тесты на звездное отцовство“.

Основываясь на расчетах траекторий, исследователи предполагают, что выбросы произошли примерно 5-10-30 миллионов лет назад, «перебрасывая брошенные звезды через Млечный Путь со скоростью 30-220 километров в секунду (67 000-490 000 миль в час) в их нынешние места», — пишут они. „Наши результаты позволяют определить возраст выброса для каждой осиротевшей звезды, что дает новое представление об относительной важности динамического выброса по сравнению со сверхновым в молодых открытых скоплениях“.

Несмотря на то, что им удалось установить соответствие между несколькими далекими звездами, некоторые из них не удалось проследить до диска Млечного Пути, что может свидетельствовать о других необычных сценариях, добавили они. Это может быть редкое звездообразование в молекулярных облаках высоко за пределами диска или реликты карликовых галактик, слившихся с Млечным Путем в прошлом.

10.01.2024