Uciekłe gwiazdy mogą mieć wpływ na kosmos daleko poza swoimi macierzystymi galaktykami

Dziesiątki gwiazd uciekinierów zostało przyłapanych na ucieczce z gęstej gromady gwiazd w galaktyce satelitarnej Drogi Mlecznej. Rój pędzących gwiazd może oznaczać, że tacy uciekinierzy mieli większy wpływ na ewolucję kosmosu niż wcześniej sądzono, donoszą astronomowie 9 października w Nature.

Masywne gwiazdy rodzą się w młodych gromadach, upakowane tak blisko siebie, że mogą się wzajemnie przepychać. Czasami spotkania między parami masywnych gwiazd lub sąsiednie eksplozje supernowych mogą sprawić, że gwiazda całkowicie opuści gromadę, aby szukać szczęścia w szerszej galaktyce i poza nią.

Astronom Mitchel Stoop i jego koledzy poszukiwali uciekających gwiazd wokół ogromnej gromady masywnych gwiazd o nazwie Radcliffe 136, wykorzystując dane z sondy kosmicznej Gaia dotyczące prędkości i pozycji miliardów gwiazd (SN: 6/13/22). R136 znajduje się około 170 000 lat świetlnych od Ziemi w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce karłowatej krążącej wokół Drogi Mlecznej.

Gromada „jest obiektem ikonicznym” - mówi astrofizyk Sally Oey z Uniwersytetu Michigan w Ann Arbor, która nie była zaangażowana w nowe badania. Widok z okolic Ziemi jest tak wyraźny, że „możemy naprawdę przyjrzeć się rzeczom z bliska i osobiście”.

Poprzednie badania wykazały kilka gwiazd uciekających z gromady (SN: 5/7/10). Jednak podczas szerszych poszukiwań Stoop odkrył zdumiewającą liczbę 55 gwiazd, które uciekły z prędkością większą niż około 100 000 kilometrów na godzinę w ciągu ostatnich 3 milionów lat.

„To niewiarygodna liczba, o której warto pomyśleć” - mówi Stoop. Obserwacja sugeruje, że aż jedna trzecia najjaśniejszych i najbardziej masywnych gwiazd urodzonych w gromadzie opuściła dom.

Oznacza to, że uciekające gwiazdy mogą być niedocenianą siłą we wszechświecie. Te masywne gwiazdy, o masie od pięciu do 140 razy większej od masy Słońca, emitują promieniowanie ultrafioletowe i naddźwiękowe wiatry gwiezdne, które mogą rzeźbić otaczający je gaz i pył (SN: 7/11/22). Pod koniec swojego życia gwiazdy wagi ciężkiej eksplodują jako supernowe, rozsiewając ciężkie pierwiastki po całej galaktyce (SN: 7/7/21).

„Wcześniej spodziewaliśmy się, że może być garstka uciekinierów” - mówi Stoop. Ale ze względu na ich przypuszczalnie niską liczbę, zostałyby one pominięte w badaniach i symulacjach. Jeśli zamiast tego każda gromada straci około jednej trzeciej swoich gwiazd na rzecz otaczającej galaktyki lub nawet przestrzeni między galaktykami, „mogą one mieć znaczący udział w wyrzucaniu wszystkich tych fotonów ultrafioletowych do ośrodka międzygalaktycznego”.

Tacy uciekinierzy mogli mieć również ogromny wpływ na ewolucję wczesnego Wszechświata. W ciągu kilkuset milionów lat od Wielkiego Wybuchu, ponad 13 miliardów lat temu, jakieś źródło promieniowania ultrafioletowego pozbawiło elektrony wszechobecnej mgły atomów wodoru, zjawisko zwane rejonizacją (SN: 11/7/19).

Astronomowie uważają, że większość fotonów, czyli cząstek światła, które oczyściły kosmiczną mgłę, pochodziła z galaktyk karłowatych (SN: 2/6/17). Symulacje wykazały jednak, że tylko ułamek potrzebnych fotonów może uciec ze środowiska tych galaktyk. Uciekające gwiazdy mogą pomóc wyjaśnić tę różnicę, mówi Stoop.

„Być może miało to miejsce również w galaktykach [wczesnego Wszechświata], podczas epoki rejonizacji” - mówi.

Oey mówi: „Nie ma wątpliwości, że uciekające gwiazdy są naprawdę ważne i zostały niedocenione”. Dodaje jednak, że istnieją inne sposoby na wydostanie się promieniowania jonizującego z galaktyk i nie jest jasne, jak dużą różnicę zrobiłoby uwzględnienie uciekających gwiazd.

Czas ucieczki gwiazd z R136 może również wpłynąć na szersze znaczenie uciekających gwiazd dla rejonizacji.

Co zaskakujące, nie wszystkie gwiazdy migrowały w jednej fali. Naukowcy wiedzą o tym, ponieważ dysponują prędkościami i odległościami gwiazd i mogą obliczyć, kiedy rozpoczęły one ucieczkę. Większość uciekinierów uciekła z R136 we wszystkich kierunkach około 1,8 miliona lat temu, kiedy formowała się gromada. Tego właśnie można by się spodziewać, gdyby zostały one wyrzucone przez spotkania z innymi masywnymi gwiazdami.

Jednak 16 uciekinierów opuściło gromadę niedawno, zaledwie 200 000 lat temu. I wszystkie uciekały w tym samym kierunku. Stoop i jego koledzy uważają, że ucieczka tych gwiazd mogła być spowodowana połączeniem z inną gromadą.

„Wydaje się, że to dość wyjątkowe zdarzenie” - mówi astrofizyk Kaitlin Kratter z University of Arizona w Tucson. Jeśli podwójne wyrzucenie R136 jest niezwykłe, to może być trudno ekstrapolować, ile gwiazd inne gromady tracą do swojego kosmicznego otoczenia. Znalezienie dowodów na istnienie podobnych fal w innych gromadach pomogłoby rozstrzygnąć tę kwestię.