«Стычка» произошла 50 000 лет назад: двойная звезда Mel 34 была выброшена из молодого звёздного скопления со скоростью 100 000 миль в час (46 км/с) — результат бурного взаимодействия, которое казалось погребённым в космическом прошлом. Но группа астрономов-детективов теперь реконструировала часть истории скопления и определила пятизвёздочное столкновение как наиболее вероятную причину высокоскоростного ухода Mel 34 [1]. Это маловероятное столкновение даёт важную информацию о судьбе молодых массивных звёзд.
Звёздное скопление R136
Скопление R136 — это группа из примерно 60 000 звёзд в Большом Магеллановом Облаке, небольшой галактике в 160 000 световых лет от Земли. Скоплению около 2 миллионов лет, что довольно молодо для скоплений. «R136 очень особенное, потому что это самое молодое и самое массивное звёздное скопление в локальной группе галактик», — говорит Саймон Портэгиес Цварте из Лейденского университета в Нидерландах.
Предыдущие исследования R136 выявили несколько десятков «сбежавших» звёзд, которые были выброшены из скопления. Такие звёзды распространены вокруг скоплений, но их происхождение не всегда ясно. R136 молодое, поэтому это хорошее место для изучения процесса, который производит «беглецов», — говорит Портэгиес Цварте.
Недавно Портэгиес Цварте и его коллеги проанализировали данные о R136, полученные космическим кораблём Gaia [2]. Анализ выявил 55 «беглецов», все с массой не менее 10 солнечных. Из этих массивных «беглецов» Mel 34 была последней, кто был выброшен. «Если мы хотим понять, что произошло в этом скоплении, давайте начнём с последнего объекта, который ускользнул», — говорит Портэгиес Цварте.
Двойная звезда Mel 34
Mel 34 состоит из двух очень массивных звёзд — одна массой 139 солнечных масс, а другая — 127 солнечных масс — которые вращаются друг вокруг друга раз в 154 дня. Такая относительно тесная орбита подразумевает, что эта двойная звезда в прошлом пережила несколько гравитационных столкновений, в которых она пролетала близко к другой звезде.
Такое столкновение отбирает энергию у орбитального движения двойной звезды, заставляя две звезды вращаться ближе друг к другу. Высвобождаемая энергия придаёт ускорение как двойной звезде, так и другой звезде. Если ускорение достаточно велико, этот механизм может выбросить один или оба объекта из скопления.
Исследование взаимодействия
Портэгиес Цварте и его коллеги искали доказательства такого события для Mel 34. Учитывая сохранение энергии и импульса, другая звезда должна была бы вылетать из скопления в противоположном направлении, но команда провела поиск и ничего не нашла в предсказанном регионе.
Однако исследователи обнаружили звезду VFTS 590 массой 46 солнечных масс, которая двигалась с нужной скоростью и на нужном расстоянии, чтобы взаимодействовать с Mel 34, но её направление указывало на недостающий импульс. Команда предположила, что Mel 34 и VFTS 590 взаимодействовали с третьим телом. Лучшим кандидатом была Mel 39, двойная звезда, которая в то время была лишь частично наблюдаема.
Портэгиес Цварте и его коллеги выполнили предварительные расчёты и предсказали, что общая масса Mel 39 составит 220 солнечных масс. Эта оценка массы, наряду с другими предсказанными свойствами, согласуется с последующими наблюдениями [3].
Сценарии взаимодействия
Исследователи разработали восемь сценариев взаимодействия пяти звёзд. Затем они провели моделирование, чтобы определить, какой из них наиболее вероятен. «Мы можем как бы поиграть в бильярд, чтобы увидеть, какой удар наиболее вероятен», — говорит Портэгиес Цварте.
Победивший сценарий предполагал, что VFTS 590 изначально была связана с Mel 39 в тройной звёздной формации. Когда эта тройная звезда столкнулась с двойной звездой Mel 34 50 000 лет назад, пять звёзд закружились друг вокруг друга в течение нескольких сотен лет, прежде чем все они получили ускорение для выброса.
Астроном Хьюз Сана из KU Leuven в Бельгии говорит, что исследователи убедительно доказывают, что предложенное пятизвёздочное взаимодействие — в отличие от более простого трёх- или четырёхзвёздочного взаимодействия — наилучшим образом соответствует данным. Он говорит, что если такие звёздные выбросы являются обычным явлением, они могут повлиять на эволюцию галактики.
Массивные «беглецы» вроде Mel 34 в конечном итоге взорвутся как сверхновые, впрыскивая энергию вдали от своих родительских скоплений, тем самым влияя на общую структуру галактики-хозяина. «Я всегда был поражён тем, как жизнь и смерть массивных звёзд сыграли фундаментальную роль в формировании нашей Вселенной в космическое время», — говорит Сана.
— Майкл Ширбер
Майкл Ширбер — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Лионе, Франция.