Kunstenaarsillustratie van een galactische ballingschap. Afbeelding tegoed: CfA. Klik om te vergroten.
Luister naar het interview: Galactic Exiles (6.2 MB)
Of abonneer u op de podcast: universetoday.com/audio.xml
Wat is een podcast?
Fraser Cain: Kun je me vertellen over de sterren die je hebt waargenomen en hoe ze uit ons sterrenstelsel zijn geschopt?
Dr. Warren Brown: Wat we ontdekten, zijn twee sterren in de verre gebieden van de Melkweg die reizen met snelheden die niemand ooit echt sterren in ons sterrenstelsel heeft gezien, tenminste sterren buiten het galactische centrum. Behalve dat deze sterren honderdduizenden lichtjaren verwijderd zijn van het galactische centrum. En toch is de enige plausibele verklaring voor hun snelheid dat ze werden uitgeworpen door het superzware zwarte gat in het centrum van de melkweg.
Fraser: Dus ze dwaalden te dicht bij het superzware zwarte gat en werden er een beetje uitgegooid?
Brown: Ja, dus hier is de foto. Dit scenario vereist drie lichamen, en astronomen zeggen dat de meest waarschijnlijke manier waarop het is gebeurd, is als je een paar sterren hebt. Zoals u wellicht weet, zijn zoiets als de helft van de sterren aan de hemel eigenlijk systemen die een paar bevatten, of soms meer sterren. En dus als je een strak gebonden paar sterren hebt dat om de een of andere reden te dicht bij het superzware zwarte gat komt, zal de zwaartekracht van het zwarte gat op een gegeven moment de bindende energie tussen het paar sterren overschrijden en een van die sterren wegscheuren . Het zal de ene ster vangen, maar de andere ster verlaat dan het systeem met de orbitale energie van het paar. En zo krijg je deze extra boost van snelheid. Het is dat het superzware zwarte gat in feite in staat is om één ster los te maken, vast te leggen en de andere te verlaten met de volledige hoeveelheid energie die het paar vroeger had. En die ster wordt dan uit het sterrenstelsel uitgestoten.
Fraser: Als een gewone enkele ster te dichtbij zou komen, zou hij niet de energie hebben om te worden uitgestoten. Ik denk dat ik enkele simulaties heb gezien waarbij de ster te dicht bij het zwarte gat komt en de richting van zijn baan verandert, maar hij blijft nog steeds in een baan om de aarde draaien.
Brown: Natuurlijk kun je je voorstellen dat het een ruimtevaartuig is dat een katapult rond Jupiter krijgt of zoiets. Je kunt je voorstellen dat je misschien het traject verandert en wat snelheid wint. Maar er is geen mechanisme in de melkweg om zoveel snelheid te krijgen voor iets dat de massa is van een 3-4 zonnemassa-ster. Dat vereist een interactie met drie lichamen om de snelheid te creëren die we zien. En wat we waarnemen is hun beweging ten opzichte van ons. Ze gaan bij ons vandaan met een snelheid van ongeveer 1-1,5 miljoen mijl per uur.
Fraser: Hoe snel zouden de sterren zijn gegaan toen ze binnenkwamen om hun breuk te ontmoeten?
Bruin: ik weet het niet zeker. Waarschijnlijk 10 keer dat, vlak voor dat moment dat ze voorbij het zwarte gat slingeren. Natuurlijk, als je die zwaartekrachtpotentiaal van het zwarte gat verlaat, vertragen ze vrij plotseling. Hun uiteindelijke ontsnappingssnelheid is wat we nu waarnemen; het is in de orde van een miljoen mijl per uur. En dat is ruim tweemaal de snelheid die je nodig hebt om helemaal uit ons sterrenstelsel te ontsnappen. Deze sterren zijn echt ballingen. Ze worden verstoten door de melkweg en ze zullen nooit meer terugkeren.
Fraser: En één ster wordt eruit geschopt. Wat gebeurt er met de andere ster?
Brown: Dat is een interessante vraag. In feite is er een theoretische paper die sommige theoretici hebben geschreven die suggereerden dat deze sterren in zeer lange elliptische banen rond het centrale massieve zwarte gat de voormalige metgezellen zouden kunnen zijn van deze zogenaamde hypervelocity-sterren die we hebben ontdekt. En dat is het soort baan dat je zou verwachten. Tenzij de ster zo ongelukkig is dat hij recht in het zwarte gat valt, als hij een klein beetje mist, zal hij gewoon rondzwaaien en dan in een zeer lange elliptische baan rond het centrale massieve zwarte gat zijn.
Fraser: En waar komt het paar vandaan? Is dit een lot dat sommige nabije dubbelsterren kan treffen?
Brown: Nou, dat komt eigenlijk op het grotere plaatje. Het galactische centrum is een interessante plaats. Het heeft veel jonge sterren. Drie van de jongste massieve sterrenhopen die in de melkweg zijn ontdekt, komen uit de buurt van het galactische centrum. En ze bevatten enkele van de meest massieve sterren in de melkweg. Er draaien dus veel jonge sterren rond. De vraag is, hoe zorg je ervoor dat een ster zijn baan zo aanpast dat hij recht op het superzware zwarte gat schiet, in plaats van er gewoon omheen te draaien, zoals de aarde om de zon draait. En dat is een open vraag. En één ding dat deze hypervelocity-sterren die we hebben ontdekt, begint ons hints te geven over misschien hoe dat mechanisme werkt. Omdat een idee bijvoorbeeld is dat we met deze sterrenhopen hebben waargenomen. Misschien kunnen ze door dynamische wrijving, terwijl ze andere sterren tegenkomen, langzaam naar het galactische centrum zakken waar zich het zwarte gat bevindt. En wat er zou gebeuren, je zou je kunnen voorstellen dat er opeens een heleboel sterren vlak bij dat enorme zwarte gat waren. Je zou een uitbarsting van deze hypervelocity-sterren kunnen krijgen. Er zijn allerlei soorten sterren om uit te werpen. En toch hebben de sterren die we waarnemen allemaal verschillende reistijden vanaf het galactische centrum. Dit is slechts suggestief, maar we beginnen al iets te kunnen zeggen over de geschiedenis van sterren die interageren met het superzware zwarte gat. En wat tot nu toe lijkt, is dat er geen bewijs is dat sterrenhopen in het galactische centrum vallen.
Fraser: Er kan een soort transportband zijn waarin sterren worden geboren en dan zinken ze langzaam naar beneden en worden ze eruit gegooid als ze te dichtbij komen.
Brown: Ja, dat is een soort idee. Om die transportband te laten werken, heb je een enorme plaats nodig, zoals een sterrenhoop, om die transportband te laten werken. Om iets naar het enorme zwarte gat te laten zinken. Aangezien een massief object veel massieve objecten tegenkomt, blijkt dat de minder massieve objecten de neiging hebben iets meer energie af te geven. Als het massieve object, in dit geval een sterrenhoop, energie verliest, vervalt zijn baan en komt het dicht bij het galactische centrum.
Fraser: Met het weinige aantal sterren dat je hebt gevonden en het grote aantal sterren in de melkweg, moet het een behoorlijk moeilijke klus zijn geweest om deze jongens op te sporen. Welke methode heb je gebruikt?
Brown: Ja, dat is eigenlijk een van de opwindende resultaten van deze tijd. De eerste ontdekking, een jaar geleden, na de eerste hypervelocity-ster, was het een soort toevallige ontdekking. En deze keer waren we actief op zoek naar hen. En de truc was dat deze dingen heel zeldzaam zouden moeten zijn. Theoretici schatten dat er misschien wel duizend van deze sterren in de hele melkweg zijn. En de melkweg bevat meer dan 100 miljard sterren. Dus moesten we kijken op een manier die ons een goede kans gaf om er meer te vinden. En onze strategie was tweeledig. Een daarvan is dat de buitenwijken van de Melkweg voornamelijk oude, dwergsterren bevatten. Sterren zoals de zon, of minder rode sterren. Er zijn geen jonge, blauwe massieve sterren, en dat is het soort ster waar we naar op zoek waren; sterren die jong zijn en lichtgevend zodat we ze ver weg kunnen zien, maar waar zulke sterren niet zouden mogen zijn in de buitenwijken van de melkweg. En het andere deel van de strategie was om naar zwakke sterren te zoeken. Hoe verder je komt, hoe minder sterren op de achtergrond je tegenkomt. En hoe groter de kans dat je deze hypervelocity-sterren tegenkomt, in tegenstelling tot een andere ster die net om de melkweg draait.
Fraser: En wat is de methode die je gebruikt om te bepalen hoe snel de ster beweegt?
Bruin: daarvoor moesten we een spectrum van de ster nemen. Met behulp van de 6.5 MMT-telescoop in Arizona richtten we de ster op een van onze kandidaat-sterren en we nemen het licht van die ster en zetten het in een regenboogspectrum en maken een foto van dat spectrum. En de elementen in de stellaire atmosfeer dienen als vingerafdruk. Je kunt absorptielijnen zien door waterstof en helium en andere elementen. En het gebruikte de bewegingen, de Doppler-verschuivingen - in dit geval de rode verschuivingen - van die golflengten vertelden ons hoe snel de sterren van ons weg bewogen. En de meeste sterren in onze steekproef waren normale sterren van sterrenstelsels; ze bewogen redelijk langzame snelheden, en toen reisden er twee vrij snel, en dat zijn de twee die we zojuist hebben aangekondigd.
Fraser: En wat denk je dat dit ons vertelt over de vorming van sterren, of het centrum van de melkweg, of ...
Brown: Nou, dat is deze keer eigenlijk een interessant onderdeel van het verhaal. Nu we er een voorbeeld van hebben, dit zijn echt een nieuwe klasse van objecten, deze hypervelocity-sterren, kunnen we iets gaan zeggen over waar ze vandaan komen, namelijk het galactische centrum. Deze sterren zijn bij uitstek geschikt om ons het verhaal te vertellen over wat er in het galactische centrum is gebeurd. Hun reistijden vertellen ons iets over de geschiedenis, wat er is gebeurd, maar ook over het soort sterren dat we zien. In dit geval deze jonge, blauwe sterren - deze 3-4 zonnemassa-sterren - die astronomen ze B-type sterren noemen. Het feit dat we er twee hebben gezien in ons onderzoeksgebied, dat we voor ongeveer 5% van de hemel hebben uitgevoerd, komt overeen met de gemiddelde verdeling van sterren die je in de melkweg zou zien. Maar niet in overeenstemming met wat veel van deze sterrenhopen je in het galactische centrum ziet. Dus het feit van het soort sterren dat je ziet, begint ons te vertellen over de populatie van wat er uit de melkweg is geschoten. In dit geval ziet het er niet naar uit dat het deze superzware sterrenclusters zijn, maar eerder je gemiddelde ster die door de melkweg dwaalt.
Fraser: En als je een soort super Hubble-telescoop tot je beschikking had, waar zou je dan naar willen zoeken?
Bruin: Oh, we willen kijken naar de beweging van deze sterren aan de hemel. Dus alles wat we weten als hun minimale snelheid. Het enige dat we kunnen meten, is hun snelheid in de gezichtslijn ten opzichte van ons. Wat we niet weten is de snelheid in het luchtvlak, de zogenaamde eigen beweging. Het is mogelijk om dat met Hubble te doen, als je 3-5 jaar basislijnen hebt om deze sterren te zien bewegen. Het zou een heel kleine beweging moeten zijn. Als je een super Hubble had, zou je hem misschien binnen een jaar kunnen zien. Dat zou dus heel interessant zijn om te weten. Dat zou je niet alleen zeker vertellen dat deze werkelijk uit het galactische centrum komen, en niet ergens anders vandaan, maar ook hun traject. Als je precies wist hoe ze zich verplaatsen, vertelt elke afwijking van een rechte lijn vanaf het galactische centrum je hoe de zwaartekracht van de melkweg in de loop van de tijd hun traject heeft beïnvloed. En dat is ook heel interessant om te weten.
Fraser: Precies, dus dat zou helpen bij het uitzetten van de verdeling van donkere materie.
Bruin: Precies, precies. Astronomen leiden dus de aanwezigheid van donkere materie af. We zien sterren die sneller rond de melkweg draaien dan ze zouden moeten zijn, alleen omdat er massa lijkt te zijn die we niet kunnen verklaren omdat we ze in hun banen houden. En deze donkere materie, het is moeilijk om grip te krijgen op hoe het wordt verspreid over de melkweg. Maar deze sterren bevinden zich al aan de rand van de melkweg, en terwijl ze er doorheen gaan, deze verstoring, deze zwaartekracht van donkere materie terwijl deze dingen zich door de melkweg verplaatsen, loopt het langzaam op. Ze meten dus eigenlijk de verdeling van deze donkere materie, alleen over hun banen. Dus als je hun beweging, van een steekproef van sterren, zou kunnen meten, begint het je in feite grip te geven op hoe de donkere materie wordt verdeeld over de melkweg.
