HVGC-1: Oduženi klaster

Već smo otkrili zvijezde koje se kreću tisućama kilometara u sekundi. Radi li ovaj globularni klaster isto?

Golim okom zvijezde i galaksije često izgledaju poput sićušnih vrhova svjetlosti. Iako za mnoge izvore, teleskopi mogu pružiti slike s gotovo zaprepašćujućim detaljima, postoji puno slučajeva gdje cilj koji još uvijek izgleda izgleda poput točkice na ekranu. U tim se slučajevima astronomi mogu pouzdati u spektroskopiju kako bi im dali čak i osnovni uvid u ono što oni gledaju.

Uzmimo, na primjer, objekt HVGC-1, smješten oko 16 milijuna parceza od Zemlje u galaksiji Virgo. Kada je prvi put otkriven 2014. godine, njegov položaj na nebu značio je da može biti zvijezda u halou Mliječnog puta ili skitni kuglasti skup koji se izbacuje iz eliptične galaksije M87. Čini se da mjerenja radijalne brzine pokazuju da je potonja hipoteza vjerojatnija, ali potrebna je optička i infracrvena fotometrija, praćena mjerenjima vodikovih vodova u njenom spektru, da bi se slučaj konačno zatvorio.

Slika svemirskog teleskopa Hubble iz M87, zajedno s mlazom koji je emitiran iz njegovog središta. Kreditna slika: NASA / Hubble.

HVGC-1 - skraćenica za brzog globularnog klastera 1 - zanimljiv je kao više nego samo demonstracija zašto su mjerenja spektralnih linija nevjerojatno korisna. Objekt se udaljava od M87 brzinom većom od 2300 km / s, većom od brzine bijega galaksije. To nema premca bilo koji globularni klaster otkriven do danas, a čini se da ukazuje na turbulentnu prošlost i samog klastera i galaksije koju je nekad nazvao domom.

Krivac? Sasvim vjerojatno supermasivna crna rupa.

Spektroskopija ponovno udara

Do otkrića je došlo usred potrage (Caldwell i sur. 2014) za globularnim nakupinama prema klasteru Djevica. Stare, guste i pune zvijezda s niskom metaliklizmom, ti su predmeti i zvijezde koje ih čine vjerojatno su stare koliko i galaksije kojima orbitiraju. Njihova rana formacija i evolucija još uvijek su aktivna tema istraživanja, i dok su naši najbolji i najsitnje uzorci globularnih klastera unutar Lokalne grupe, proučavanje istih u drugim skupinama galaksija - poput M87 - može nam pomoći da bolje razumijemo neke aspekte formiranja galaksija ,

Sl. 1, Caldwell i sur. 2014. Vrhovi raspodjele zvijezda i kuglastih klastera su jasni, a HVGC-1 je daleko od oba.

Astronomi su proučavali oko 2500 kandidata za globularni klaster i bili su u stanju odrediti crvene pomake - i stoga radijalne brzine - za oko 1800 njih. Raspodjele brzine pokazale su da su kandidati zapravo podijeljeni u tri različite kategorije: galaksije, kuglasti klasteri u klasteru Djevica i prednje zvijezde u oreolu Mliječnog puta. Kad su galaksije uklonjene iz uzorka, ostala je jedna podatkovna točka koja je bila daleko od vrhova raspodjele zvijezda i kuglastih klastera, s radijalnom brzinom od oko -1000 km / s - što je nevjerojatno strašno. Ovo je postavilo pitanje: Je li HVGC-1 bila zvijezda, galaksija, kuglasta skupina ili nešto posve drugo?

Spektroskopija nam omogućuje određivanje kretanja objekta duž naše vidne linije, ali same spektralne linije pružaju nam još više informacija. Na primjer, prisutnost i oblik različitih linija može biti ključni pokazatelj sastava i temperature zvijezde. Jačine linija također su važne, ali jačine crta mogu se smanjiti stvarima poput istrebljenja i, naravno, obrnutog kvadrata. Stoga, ako želite pokušati identificirati objekt na temelju jake njegove linije, bolje je pogledati omjere različitih linija, a ne apsolutnih intenziteta.

Sl. 3, Caldwell i sur. 2014. HVGC-1 prilično je očito kuglasta skupina.

U ovom slučaju, tim je razmotrio dva različita omjera linija: Hγ podijeljeno na svjetlinu G-opsega i omjer dvije vrste emisije Ca II, koristeći visoko-energetske Balmerove linije. Općenito, kuglički klasteri M87 imaju znatno niži omjer Ca II od bilo kojeg globularnog klastera u Andromedi ili polja zvijezda. Omjer Ca II HVGC-1 iznosio je oko 0,5 - otprilike polovica onoga što biste mogli očekivati ​​u halo zvijezdi, ali savršeno za globularni skup.

Filtriranje zvijezda

Druga glavna dijagnostika koja je korištena za odvajanje objekta od mogućih zvijezda bila je jednostavna fotometrija. U anketi klastera Djevica objavljenoj ranije te godine, nazvanoj Anketiranje klastera nove generacije (NGVS-IR), Muñoz i sur. 2014. je smislila pametan način razlikovanja globularnih nakupina od zvijezda uspoređujući fotometriju različitih filtera. Provodeći mjerenja svjetlosti u pojasevima K, u i i (u središtu 2190, 365, i 806 nm), crtali su ik protiv ui-ja i identificirali niz regija u tzv. UiK dijagramu, uključujući linije zvijezda i globularne nakupine.

Sl. 14, Muñoz i sur. 2014. Dvije susjedne linije zvijezda glavnih sekvenci i globularne nakupine vrlo su gusto naseljene.

NGVS-IR tim posebno je proučavao M87, čineći njihovo otkriće zaista korisnim alatom za Caldwell i suradnike, koji su tražili još neke dokaze da je HVGC-1 bio kuglasta skupina. Njihov uiK dijagram nije razočarao, a ciljni je objekt lijepo pao u globularni slijed klastera, kao što se i očekivalo.

Sl. 2, Caldwell i sur. 2014.

Između fotometrije i analize omjera linija činilo se da je skupina definitivno klasificirala HVGC-1 kao globularni skup, koji se kretao nevjerojatnom brzinom od 2300 km / s u odnosu na M87. Brzi izračun pokazao je da je ta brzina mnogo veća od brzine bijega galaksije, što ukazuje na to da će je globularni klaster uskoro napustiti, kao i Skupu Djevice u cjelini. Vidimo kako se brojne zvijezde kreću ovako na Mliječnom putu zvanom zvijezde hipervelocity (pisao sam o zanimljivom slučaju, HE 0437–5439, ranije ove godine!). Smatra se da su ove zvijezde postigle ogromnu brzinu nakon susreta sa Strijelcem A *, supermasiranom crnom rupom u središtu galaksije. Je li se moglo dogoditi nešto slično s HVGC-1?

Crne rupe i dječje nakupine

Ideja o nasilnom susretu s supermasivnom crnom rupom primamljiva je ideja koja bi podrazumijevala nasilnu povijest M87. Da bi se neki predmet izbacio iz sustava, moraju biti uključena najmanje tri tijela. Zvijezde hipervelocityja često su lišene binarnih pratilaca - trećih tijela koja sudjeluju - kad naiđu na supermasiranu crnu rupu, ali ta je binarnost vrlo mala vjerojatnost za globularne nakupine! Astronomi su predložili izmjenu postave, gdje bi dvije supermasivne crne rupe bile udaljene ne više od par parcesa međusobno, mogle osigurati potreban potisak za slanje HVGC-1 u intergalaktički prostor. Takav će susret oduzeti većinu zvijezda kuglaste nakupine, ostavljajući samo njegovu gustu jezgru.

Ima ideja za ovu ideju. Dok M87 ima samo jednu supermasiranu crnu rupu, odmaknuta je od središta, što bi moglo značiti da je crna rupa rezultat binarnog spajanja. Gravitacijski valovi iz događaja mogu se emitirati anizotropno, tjerajući ostatak dalje od galaktičkog središta. Imamo dokaze da se ista stvar dogodila i u kvazaru 3C 186.

Zvijezde hipervelocity poput HE 0437–5439 mogu biti ostaci binarnih ili trostrukih zvjezdica. Kreditna slika: NASA.

To kaže, kao što je gotovo uvijek slučaj, postoje i druga objašnjenja za osebujnu brzinu. Jedna od mogućnosti koja je skupina razmatrala jesu interakcije između galaksija u klasteru Djevica, što bi se moglo oduzeti od M87 - HVGC-1 među njima. Međutim, promatrana raspodjela od ostalih kandidatskih objekata u M87 ne širi se do mjerene relativne brzine od 2300 km / s, što znači da bi HVGC-1 i dalje bio izvanjski. Druga je mogućnost bila da je HVGC-1 pratitelj patuljaste galaksije „subhalo“ u orbiti s M87, izmještene kroz interakciju s tri tijela. Međutim, opet, to vjerojatno neće generirati potrebnu brzinu.

Konačno, tim je razmotrio još jednu situaciju vezanu za supermasivne binarne datoteke crnih rupa. S obzirom na to koliko je HGVC-1 gust, izgledalo je moguće da se zapravo to zove zvjezdani sustav hiperkompakta - supermasivna crna rupa okružena grupom zvijezda, a sve izbačeno iz binarnog sustava crne rupe u središtu galaksije putem gravitacijskog vala emisija. Međutim, izmjerena metalnost klastera izrazito se nije slagala s teorijom - i, opet, raste i njegova brzina.

Astronomi i dalje favoriziraju ideju o supermasivnom binarnom spajanju crnih rupa - uzbudljiva perspektiva, jer bi ta spajanja mogla otkriti sustavima poput pulsarskih vremenskih nizova. Ako stvarno promatramo M87 dugo nakon takvog događaja, možda će biti drugih znakova u zvjezdanoj populaciji u blizini jezgre galaksije. Možda bi nam astrofizički mlaz iz središta mogao dati neke tragove. M87 je apsolutno ogromna galaksija, vjerojatno mnogostruko veća od Mliječnog puta, s bogatim skupinama zvijezda, kuglastim grozdovima i plinom i prašinom. To je stalni cilj proučavanja pri velikom rasponu valnih duljina. Možda nećemo biti predaleko od sljedećeg istraživanja da bismo pružili dokaze o znatiželjnoj prošlosti HVGC-1.