พอดคาสต์: กาแลคซีเนรเทศ

ภาพประกอบศิลปินของผู้ถูกเนรเทศกาแล็คซี่ เครดิตรูปภาพ: CfA คลิกเพื่อดูภาพขยาย
ฟังการสัมภาษณ์: Galactic Exiles (6.2 MB)

หรือสมัครสมาชิก Podcast: universetoday.com/audio.xml

พอดคาสต์คืออะไร

Fraser Cain: คุณบอกฉันเกี่ยวกับดวงดาวที่คุณสังเกตุได้อย่างไรและทำไมพวกเขาถึงถูกไล่ออกจากกาแลคซีของเรา?

ดร. วอร์เรนบราวน์: สิ่งที่เราค้นพบคือดาวสองดวงในภูมิภาคที่ห่างไกลของทางช้างเผือกที่เดินทางด้วยความเร็วที่ไม่มีใครเคยเห็นดาวในกาแลคซีของเราอย่างน้อยก็ดาวนอกศูนย์กาแลคซี ยกเว้นว่าดาวเหล่านี้อยู่ห่างจากใจกลางกาแลคซีหลายร้อยปีแสง ถึงกระนั้นคำอธิบายที่เป็นไปได้เพียงข้อเดียวก็คือพวกมันถูกผลักออกจากหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซี

เฟรเซอร์: ดังนั้นพวกเขาจึงหลงเข้าไปใกล้หลุมดำมวลมหาศาลและถูกไล่ออก?

บราวน์: ใช่แล้วนี่คือรูป สถานการณ์นี้ต้องมีสามศพและนักดาราศาสตร์บอกว่าวิธีที่น่าจะเกิดขึ้นมากที่สุดคือถ้าคุณมีดาวคู่หนึ่ง ดังที่คุณอาจทราบบางอย่างเช่นดาวครึ่งดวงในท้องฟ้าเป็นระบบที่มีคู่หรือบางครั้งก็มีดาวมากกว่า ดังนั้นถ้าคุณมีดาวคู่หนึ่งที่รัดแน่นซึ่งด้วยเหตุผลบางอย่างเดินทางใกล้หลุมดำมวลมหาศาลในบางจุดแรงโน้มถ่วงของหลุมดำจะเกินพลังงานที่จับระหว่างดาวคู่หนึ่งและฉีกดาวดวงหนึ่งออกไป . จะจับดาวดวงหนึ่ง แต่ดาวดวงอื่นจะออกจากระบบด้วยพลังงานการโคจรของทั้งคู่ และนี่คือวิธีที่คุณจะได้รับความเร็วที่เพิ่มขึ้นเป็นพิเศษ มันเป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่สามารถแยกดาวฤกษ์ดวงหนึ่งออกมาได้โดยจับและปล่อยพลังงานอีกดวงหนึ่งด้วยปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ทั้งคู่เคยมี จากนั้นดาวดวงนั้นก็จะพุ่งออกมาจากกาแลคซี

เฟรเซอร์: ถ้าดาราธรรมดาคนหนึ่งเข้ามาใกล้เกินไปมันจะไม่มีพลังงานที่จะถูกปล่อยออกมา ฉันคิดว่าฉันเคยเห็นการจำลองบางอย่างที่ดาวอยู่ใกล้หลุมดำมากเกินไปและเปลี่ยนทิศทางการโคจรของมัน แต่มันก็ยังคงโคจรรอบต่อไป

บราวน์: แน่นอนคุณสามารถจินตนาการได้ว่ามันเป็นยานอวกาศที่มีหนังสติ๊กรอบ ๆ ดาวพฤหัสบดีหรืออะไรบางอย่าง คุณสามารถจินตนาการได้ว่าคุณอาจเปลี่ยนวิถีและเพิ่มความเร็ว แต่ไม่มีกลไกใดในกาแลคซีที่จะได้รับความเร็วเท่านี้สำหรับบางสิ่งที่เป็นมวลของดาวมวลดวงอาทิตย์ 3-4 ดวง นั่นต้องมีการโต้ตอบกับร่างกายสามครั้งเพื่อสร้างความเร็วที่เราเห็น และสิ่งที่เราสังเกตคือการเคลื่อนไหวของพวกเขาด้วยความเคารพเรา พวกมันเคลื่อนตัวออกห่างจากเราด้วยความเร็วประมาณ 1-1.5 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง

เฟรเซอร์: ดวงดาวจะไปเร็วขนาดไหนเมื่อพวกเขาเข้ามาพบกับการเลิกรา?

บราวน์: ฉันไม่รู้แน่ มีบางอย่างที่น่าจะเป็น 10 เท่าก่อนช่วงเวลานั้นเมื่อพวกเขาแกว่งผ่านหลุมดำ แน่นอนว่าเมื่อคุณปล่อยให้หลุมความโน้มถ่วงนั้นเป็นหลุมดำพวกมันจะชะลอตัวลงอย่างกะทันหัน ความเร็วในการหลบหนีสุดท้ายของพวกมันคือสิ่งที่เราสังเกตเห็นในตอนนี้ ตามคำสั่งของหนึ่งล้านไมล์ต่อชั่วโมง และนั่นเป็นความเร็วสองเท่าที่คุณต้องการเพื่อหนีกาแลคซีของเราไปเลย ดาวเหล่านี้เป็นเนรเทศจริงๆ พวกมันถูกขับไล่จากกาแลคซีและพวกมันจะไม่กลับมา

Fraser: และดาวดวงหนึ่งก็ถูกเตะออกไป เกิดอะไรขึ้นกับดาวดวงอื่น

Brown: นั่นเป็นคำถามที่น่าสนใจ ในความเป็นจริงมีกระดาษทฤษฎีที่นักทฤษฎีบางคนเขียนไว้ซึ่งบอกว่าดาวเหล่านี้ในวงโคจรที่เป็นวงรีที่ยาวมากรอบ ๆ หลุมดำขนาดใหญ่กลางอาจเป็นสหายในอดีตของดาว hypervelocity ที่เราค้นพบ และนั่นก็เป็นวงโคจรที่คุณคาดหวัง นอกเสียจากว่าดาวดวงนี้จะโชคร้ายจนตกลงไปในหลุมดำถ้ามันหายไปเพียงนิดเดียวมันก็จะแกว่งไปมาแล้วก็จะโคจรรอบวงรีที่ยาวมากรอบหลุมดำขนาดใหญ่กลาง

เฟรเซอร์: แล้วคู่นี้มาจากไหน? นี่เป็นชะตากรรมที่อาจส่งผลกระทบต่อดาวคู่ที่อยู่ใกล้เคียงหรือไม่?

บราวน์: จริง ๆ แล้วจะได้ภาพที่ใหญ่ขึ้น ศูนย์กลางกาแลคซีเป็นสถานที่ที่น่าสนใจ มันมีดาวอายุน้อยมากมาย กระจุกดาวขนาดใหญ่ที่สุดอายุน้อยสามดวงที่พบในกาแลคซีนั้นมาจากใกล้กับใจกลางกาแลคซี และพวกมันก็มีดาวที่มีมวลมากที่สุดในกาแลคซี ดังนั้นดาวฤกษ์อายุน้อยจำนวนมากจึงโคจรรอบที่นั่น คำถามคือคุณจะให้ดาวหมุนวงโคจรของมันอย่างไรเพื่อให้ดาวพุ่งตรงไปยังหลุมดำมวลยวดยิ่งแทนที่จะเป็นแค่การโคจรรอบ ๆ มันเช่นโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ และนั่นเป็นคำถามเปิด และสิ่งหนึ่งที่ดาว hypervelocity เหล่านี้ที่เราค้นพบเริ่มให้คำแนะนำแก่เราเกี่ยวกับกลไกการทำงาน เพราะตัวอย่างเช่นแนวคิดหนึ่งคือด้วยกลุ่มดาวเหล่านี้เราได้สังเกตเห็น บางทีอาจเกิดจากแรงเสียดทานแบบไดนามิกเมื่อพวกเขาพบกับดาวฤกษ์อื่นพวกมันสามารถจมลงสู่ใจกลางกาแลคซีอย่างช้าๆที่มีหลุมดำ และมันจะเกิดขึ้นคุณสามารถจินตนาการได้ว่าในทันใดนั้นมีกลุ่มดาวจำนวนมากอยู่ในหลุมดำมวลมหาศาลนั้น คุณอาจได้ดาวระเบิดเหล่านี้ มีดาวทุกประเภทที่จะนำออก และดวงดาวที่เราสังเกตเห็นมีระยะเวลาเดินทางต่างกันจากศูนย์กลางกาแลคซี นี่เป็นเพียงการชี้นำ แต่ตอนนี้เราเริ่มที่จะพูดอะไรบางอย่างเกี่ยวกับประวัติของดาวฤกษ์ที่มีปฏิสัมพันธ์กับหลุมดำมวลมหาศาล และสิ่งที่ปรากฏจนถึงตอนนี้ก็คือไม่มีหลักฐานว่ากระจุกดาวตกลงสู่ใจกลางกาแลคซี

เฟรเซอร์: อาจมีสายพานลำเลียงบางชนิดที่ดาวเกิดและจากนั้นพวกมันก็จะจมลงอย่างช้าๆจากนั้นพวกเขาก็จะเตะออกเมื่อพวกเขาเข้าใกล้เกินไป

Brown: ใช่นั่นเป็นความคิดหนึ่งเดียว เพื่อให้สายพานลำเลียงทำงานคุณต้องมีสถานที่ขนาดใหญ่เช่นกระจุกดาวเพื่อให้สายพานลำเลียงทำงาน เพื่อให้สามารถจมบางสิ่งลงสู่หลุมดำขนาดใหญ่ เมื่อวัตถุขนาดใหญ่พบกับวัตถุขนาดใหญ่จำนวนมากปรากฎว่าวัตถุขนาดใหญ่ที่น้อยกว่ามีแนวโน้มที่จะให้พลังงานเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในฐานะที่เป็นวัตถุขนาดใหญ่ในกรณีนี้กระจุกดาวจะสูญเสียพลังงานวงโคจรของมันสลายตัวและเข้าใกล้ใจกลางกาแลคซี

เฟรเซอร์: ด้วยจำนวนของดาวที่คุณพบและจำนวนดาวในกาแลคซีมันคงเป็นงานที่ค่อนข้างยากที่จะติดตามพวกเขาเหล่านี้ วิธีการที่คุณใช้คืออะไร

Brown: ใช่แล้วนั่นเป็นหนึ่งในผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นของเวลานี้ การค้นพบครั้งแรกเมื่อปีที่แล้วหลังจากดาว hypervelocity ดวงแรกมันเป็นสิ่งที่ค้นพบโดยบังเอิญ และครั้งนี้เรากำลังมองหาพวกเขาอย่างแข็งขัน และเคล็ดลับก็คือสิ่งเหล่านี้ควรจะหายากมาก นักทฤษฎีประเมินว่าอาจมีดาวเหล่านี้นับพันดวงในกาแลคซีทั้งหมด และกาแลคซีนั้นมีดาวมากกว่า 100 พันล้านดวง ดังนั้นเราจึงต้องมองหาวิธีที่ทำให้เรามีโอกาสที่ดีในการหาพวกเขามากขึ้น และกลยุทธ์ของเราสองเท่า หนึ่งคือบริเวณรอบนอกของทางช้างเผือกมีดาวอายุมากและดาวแคระ ดาวเช่นดวงอาทิตย์หรือดาวที่มีสีแดงน้อยกว่า ไม่มีดาวมวลสูงสีฟ้าและเป็นประเภทของดาวที่เราตัดสินใจมองหา ดาวที่มีอายุน้อยและส่องสว่างเพื่อให้เรามองเห็นได้ไกล แต่ไม่ควรมีดาวเหล่านี้แบบนั้นในเขตชานเมืองของกาแลคซี และอีกส่วนหนึ่งของกลยุทธ์คือการมองหาดวงดาวที่สลัว ยิ่งคุณออกไปไกลเท่าไหร่ดาราจักรกาแล็กซี่พื้นหลังที่คุณต้องต่อสู้ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น และยิ่งมีโอกาสมากขึ้นที่คุณจะเจอดาว hypervelocity เหล่านี้เมื่อเทียบกับดาวดวงอื่นที่เพิ่งจะโคจรรอบกาแลคซี

เฟรเซอร์: แล้วคุณใช้วิธีไหนในการบอกว่าดาวนั้นเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน

บราวน์: สำหรับสิ่งที่เราต้องรับสเปกตรัมของดาว ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 6.5 MMT ในรัฐแอริโซนาเราได้ชี้ดาวที่หนึ่งในดาวที่เราเลือกและเรานำแสงจากดาวนั้นและเราใส่มันลงในสเปกตรัมรุ้งและถ่ายภาพสเปกตรัมนั้น และองค์ประกอบในบรรยากาศของดาวฤกษ์นั้นทำหน้าที่เป็นลายนิ้วมือ คุณสามารถเห็นเส้นการดูดซึมเนื่องจากไฮโดรเจนและฮีเลียมและองค์ประกอบอื่น ๆ และมันใช้การเคลื่อนไหวดอปเปลอร์กะ - ในกรณีนี้การเลื่อนสีแดง - ของความยาวคลื่นเหล่านั้นบอกเราว่าดวงดาวเคลื่อนที่ไปจากเราเร็วแค่ไหน และดาวส่วนใหญ่ในตัวอย่างของเราคือดาวกาแลคซีปกติ พวกเขากำลังเคลื่อนไหวความเร็วค่อนข้างช้าจากนั้นทั้งสองสิ่งนี้เกิดขึ้นเพื่อการเดินทางที่ค่อนข้างเร็วและนั่นคือสองสิ่งที่เราเพิ่งประกาศในขณะนี้

Fraser: และสิ่งที่คุณคิดว่าสิ่งนี้บอกเราเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวหรือศูนย์กลางของกาแล็คซี่หรือ ...

Brown: จริง ๆ แล้วนั่นเป็นส่วนที่น่าสนใจของเรื่องราวในครั้งนี้ ตอนนี้เรามีตัวอย่างเหล่านี้จริง ๆ แล้วมันเป็นวัตถุประเภทใหม่จริง ๆ ดาว hypervelocity เหล่านี้เราสามารถเริ่มพูดบางอย่างเกี่ยวกับที่มาจากซึ่งเป็นศูนย์กลางกาแลคซี ดาวเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในใจกลางกาแลคซี เวลาในการเดินทางของพวกเขาบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับประวัติศาสตร์เกิดอะไรขึ้น แต่ยังเป็นดาวประเภทที่เราเห็นอยู่ ในกรณีนี้ดาวสีฟ้าอ่อน ๆ เหล่านี้ - ดาวมวลดวงอาทิตย์ 3-4 ดวงที่นักดาราศาสตร์เรียกว่าดาวประเภท B ความจริงที่ว่าเราเห็นสองแห่งในพื้นที่สำรวจซึ่งเราดำเนินการไปประมาณ 5% ของท้องฟ้านั้นสอดคล้องกับการกระจายตัวเฉลี่ยของดาวที่คุณเห็นในกาแลคซี แต่ไม่สอดคล้องกับกลุ่มดาวเหล่านี้ที่คุณเห็นในใจกลางกาแลคซี ดังนั้นความจริงของประเภทของดาวที่คุณเห็นกำลังเริ่มบอกเราเกี่ยวกับประชากรของสิ่งที่ถูกยิงออกไปจากกาแลคซี ในกรณีนี้ดูเหมือนว่าจะไม่เป็นกลุ่มดาวมวลมหาศาลเหล่านี้ แต่เป็นดาวเฉลี่ยของคุณที่พเนจรไปในกาแลคซี

Fraser: และถ้าคุณมีกล้องโทรทรรศน์ซูเปอร์ฮับเบิลในการกำจัดสิ่งที่คุณต้องการจะหา?

บราวน์: โอ้เราต้องการค้นหาการเคลื่อนที่ของดาวเหล่านี้ในท้องฟ้า ดังนั้นเราทุกคนรู้ว่าความเร็วขั้นต่ำของพวกเขา สิ่งเดียวที่เราสามารถวัดได้คือความเร็วของพวกเขาในแนวสายตาที่เกี่ยวกับเรา สิ่งที่เราไม่รู้คือมีความเร็วในระนาบของท้องฟ้าซึ่งเรียกว่าการเคลื่อนที่ที่เหมาะสม เป็นไปได้ที่จะทำเช่นนั้นกับฮับเบิลถ้าคุณมีเส้นเขตแดนนาน 3-5 ปีที่จะเห็นดาวเหล่านี้เคลื่อนไหว มันควรจะเป็นภาพเคลื่อนไหวที่เล็กมาก หากคุณมีฮับเบิลสุดยอดบางทีคุณอาจเห็นมันในอีกหนึ่งปี นั่นน่าสนใจมากที่จะรู้ ไม่เพียง แต่จะบอกคุณได้อย่างแน่นอนว่าสิ่งเหล่านี้มาจากศูนย์กลางกาแลคซีไม่ใช่จากที่อื่น แต่ยังมีวิถีของพวกเขาด้วย หากคุณรู้แน่ชัดว่าพวกมันเคลื่อนตัวอย่างไรค่าเบี่ยงเบนใด ๆ ที่เป็นเส้นตรงจากศูนย์กลางกาแลคซีจะบอกคุณว่าแรงโน้มถ่วงของกาแลคซีส่งผลกระทบต่อวิถีโคจรของมันอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป และนั่นก็น่าสนใจมากที่รู้

Fraser: ใช่แล้วนั่นจะช่วยวางแผนการกระจายสสารมืด

บราวน์: แน่นอน ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงสรุปว่ามีสสารมืดอยู่ เราเห็นดาวที่โคจรรอบกาแลคซีเร็วกว่าที่ควรจะเป็นเพราะดูเหมือนมีมวลที่เราไม่สามารถอธิบายได้ว่าพวกมันโคจรอยู่ในวงโคจรของพวกมัน และสสารมืดนี้มันเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจว่ามันกระจายไปทั่วกาแลคซีอย่างไร แต่ดาวเหล่านี้อยู่ใกล้กับกาแลคซีแล้วและเมื่อมันผ่านมันการก่อกวนนี้สสารแห่งแรงโน้มถ่วงของสสารมืดเมื่อสิ่งเหล่านี้เดินทางผ่านกาแลคซีก็ค่อยๆเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นพวกเขาจึงวัดการกระจายตัวของสสารมืดนี้เพียงแค่อยู่บนวงโคจรของพวกเขา ดังนั้นถ้าคุณสามารถวัดการเคลื่อนที่ของพวกมันได้จากตัวอย่างของดาวมันจะเริ่มให้คุณเห็นว่าสสารมืดกระจายไปทั่วกาแลคซีได้อย่างไร