Черная дыра в центре Млечного Пути оказалась непричастна к полету гиперскоростной звезды

Астрономы проанализировали точные измерения параметров движения ближайшей к Солнцу гиперскоростной звезды, которая движется более чем в два раза быстрее средней скорости звезд в нашей галактике. Оказалось, что звезда LAMOST-HVS1 была выброшена не из центра Млечного Пути, а из диска. Это противоречит изначальным оценкам и гипотезам о происхождении подобных звезд, так как считалось, что только в окрестности сверхмассивной черной дыры в центре Галактики могут быть подходящие условия, сообщают ученые в The Astrophysical Journal.

Абсолютное большинство звезд в спиральных галактиках вовлечено в круговое движение вокруг центра. Млечный Путь, который относится к системам такого типа, в этом смысле не исключение — в нем средняя скорость движения звезд составляет примерно 220 километров в секунду. Однако в последние годы астрономы открыли небольшое подмножество звезд, чьи скорости превышают средние более чем в два раза. Такие звезды называют гиперскоростными, они могут двигаться по необычным траекториям, а энергии их движения может быть достаточно для преодоления гравитации Млечного Пути и выхода в межгалактическое пространство.

На данный момент известно не более 30 подобных звезд, но по оценкам в нашей галактике их должно быть около тысячи, что составляет крохотную долю от общего количества светил. Предложено несколько сценариев их появления, но обычно предполагается, что это происходит в результате прохождения двойной звезды вблизи сверхмассивной черной дыры. В таком случае одна из звезд может выйти на орбиту гравитационно доминирующего тела, а второй передастся большая часть энергии движения распавшейся системы, в результате чего она приобретет очень высокую скорость — такую ситуацию также называют «гравитационной пращей». Если эта теория о происхождении данных светил верна, то экстраполяции в прошлое траекторий гиперскоростных звезд всегда должны указывать на центр Млечного Пути, где расположена черная дыра с массой около 4 миллионов солнечных.

Работа астрономов из США и Германии под руководством Гурава Куллара (Gourav Khullar) из Чикагского университета посвящена восстановлению траектории LAMOST-HVS1 — ближайшей к Земле гиперскоростной звезды (расстояние около 13 килопарсек) с массой 8,3 солнечных при помощи данных астрометрического телескопа Gaia и спектроскопических наблюдений, проведенных на Магеллановых телескопах в Чили. Оказалось, что текущие параметры ее движения не совместимы с предположением о получении большой скорости в центре Млечного Пути. Согласно выводам ученых, LAMOST-HVS1 вылетела из галактического диска на расстоянии около 3 килопарсек от центра примерно 33 миллиона лет назад с начальной скоростью около 568 километров в секунду. Такая большая скорость также исключает возможность ее получения в результате взрыва сверхновой в двойной системе.

Авторы выдвигают альтернативное объяснение — звезда получила столь высокую скорость после нескольких удачных гравитационных маневров в области с высокой концентрацией массивных тел, которой может быть плотное молодое скопление звезд с общей массой более 1000 солнечных. В такой среде не исключено взаимодействие с черной дырой промежуточной массы (100 и более масс Солнца), очень массивной звездой схожей массы или неоднократный обмен гравитационной энергией с обычными крупными звездами с массой около 30 солнечных. По примерным оценкам авторов, за последние 30 миллионов лет одна гиперскоростная звезда подобная LAMOST-HVS1 могла появиться в результате близкого прохождения двух массивных двойных звезд, от 3 до 15 после пролета у черной дыры промежуточной массы и от 2 до 8 под воздействием одиночной очень массивной звезды. Ученые отмечают, что подходящего скопления среди известных нет, но оно может скрываться за облаком пыли в части диска Млечного Пути под названием Рукав Наугольника.

Ученым уже были известны покидающие скопления звезды, но их избыточные скорости не превышали сотни километров в секунду. Однако LAMOST-HVS1 является первой детально исследованной массивной гиперскоростной звездой, поэтому авторы предполагают, что и другие подобные светила могут приобретать столь высокие скорости в плотных скоплениях, а не исключительно у сверхмассивных черных дыр, как многие считали ранее. Рекордной скоростью движения обладает нейтронная звезда RX J0822-4300 — она пролетает около 1500 километров в секунду. Параметры движения обычных гиперскоростных звезд как правило известны с большими ошибками, однако они существенно меньше, хотя встречаются значения около 800 километров в секунду (HVS 3) и даже 900 (Gaia DR2 1383279090527227264).

Гиперскоростные звезды в последние годы стали активной областью исследований, особенно в связи с появлением высокоточных данных миссии Gaia. Тем не менее, введенные в строй ранее инструменты также могут быть полезны — не так давно астрономы нашли двойную систему подобных звезд, а Hubble помог разобраться в связанной проблеме взрывающихся далеко от галактик сверхновых.

Тимур Кешелава