В последние годы наблюдается увеличение числа звезд в нашей Галактике и ее окрестностях, демонстрирующих признаки сверхскоростного движения. По мнению ученых, роль «катализатора» для многих из них может играть двойная система, состоящая из черных дыр или нейтронных звезд. Наиболее вероятно обнаружить подобную пару в шаровом звездном скоплении – плотном скоплении очень старых звезд.
Звезда J0731+3717, расположенная на расстоянии около четырех тысяч световых лет от Земли в окрестностях Млечного Пути, имеет массу, меньшую солнечной, и возраст, сопоставимый с возрастом Вселенной – приблизительно 13 миллиардов лет. Отмечается, что она не находится в плоскости галактического диска, а смещена относительно неё, и перемещается с околозвуковой скоростью, составляющей примерно 418 километров в секунду.
Эти небесные тела получили название «убегающие» или сверхскоростные. К примеру, Солнце, которое находится вместе с нами, движется по своей орбите вокруг центра Млечного Пути с умеренной скоростью, преодолевая за секунду расстояние в 230-240 километров.
Анализ светового спектра J0731+3717 показал, что эта туманность содержит небольшое количество элементов, тяжелее гелия, и по химическому составу напоминает звезды шарового скопления М15. Оно расположено на расстоянии 35 тысяч световых лет от Земли и, подобно всем шаровым скоплениям, находится за пределами галактического диска. Эти звездные скопления вращаются вокруг центра Млечного Пути по наклонным орбитам, подобно спутникам. Ученые пришли к выводу, согласно проведенному анализу, установлено, что сверхскоростная J0731+3717 была выброшена из М15 в отдалённые времена.
В нашей Галактике и в близлежащих областях зафиксировано несколько десятков подобных «космических гонщиков». Ранее существовало два основных объяснения их ускорения. Один из них предполагает использование гравитации сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре галактики. Этот процесс также называют гравитационным разгоном. Интересно, что аналогичный метод применяется в космонавтике для ускорения космических аппаратов во время полетов между планетами: при приближении к планете, ее притяжение может послужить своеобразной «пращей», позволяющей аппарату достичь большей скорости.
Существует еще один способ формирования сверхскоростной звезды: взрыв сверхновой в двойной звездной системе. В этом случае одна из звезд приходит в конце своего жизненного цикла и быстро избавляется от своих внешних слоев, в то время как ударная волна, возникшая в результате взрыва, выталкивает другую звезду на значительное расстояние.
Ученые полагают, что причиной «бегства» звезды стала черная дыра, расположенная в центре шарового скопления М15. Наличие центральных черных дыр давно подозревается в подобных звездных скоплениях. Однако исследователи также рассматривают альтернативный, не менее интригующий, механизм, объясняющий «выброс» звезд из шаровых скоплений.
В этих областях звезды расположены очень близко друг к другу, что указывает на высокую вероятность существования двойных звездных систем, включая пары черных дыр или нейтронных звезд (пульсаров). Эти массивные и компактные объекты характеризуются исключительно мощным гравитационным полем, и их взаимодействие способно выталкивать расположенные поблизости звезды.
Согласно недавнему исследованию, проведенному учеными из Университета Торонто в Канаде, было смоделировано несколько сценариев «выброса» звезд из 149 известных шаровых скоплений. Результаты этой работы были представлены в научной статье, выложенной на сервере препринтов arXiv.org. Согласно проведенным расчетам, за последние 500 миллионов лет двойные системы предположительно «извергли» из скоплений около 6330 звезд, причем 839 из них в настоящее время могут обладать скоростью до 500 километров в секунду.
В большинстве случаев «шаровики» формируются из пар, включающих белого карлика и звезды, находящейся на поздней стадии эволюции. Их гравитационное взаимодействие относительно невелико, однако они, вероятно, играют значительную роль в процессе ухода звезд из галактики.
Двойные системы черных дыр занимают второе место по частоте встречаемости. Именно они обеспечивают максимальную скорость третьему объекту, находящемуся поблизости. Согласно результатам исследования, за последние полмиллиарда лет звезды в шаровых скоплениях практически не взаимодействовали с двойными пульсарами или системами, состоящими из черной дыры и пульсара.
Анализ показал, что приблизительно 75% всех подобных явлений наблюдались лишь в девяти крупных шаровых скоплениях. Оставшиеся 25% приходится на М30, расположенную в 26 тысячах световых лет от Земли – это скопление отличается чрезвычайно высокой плотностью. М15, являющееся местом происхождения ранее упомянутой J0731+3717, также входит в число наиболее активных в этом отношении. Таким образом, наибольшее количество сверхскоростных звезд, вероятно, выбрасывается именно из этих скоплений.