HVGC-1: Изгоненият клъстер

Вече открихме звезди, които се движат с хиляди километри в секунда. Това кълбовидно клъстер прави ли същото?

С просто око звездите и галактиките често изглеждат точно като миниатюрни щипки светлина. Докато за много източници телескопите могат да предоставят изображения с почти стряскащи детайли, има много случаи, при които интересуващата цел все още изглежда точно като на точка на екрана. В тези случаи астрономите може да разчитат на спектроскопия, за да им дадат дори основна представа за това какво точно гледат.

Вземете например обекта HVGC-1, разположен на около 16 милиона парсека от Земята в кластера на Девите от галактики. Когато бе открит за пръв път през 2014 г., положението му в небето означаваше, че може да бъде или звезда в ореола на Млечния път, или нелоялен кълбовиден клъстер, изхвърлен от елиптичната галактика M87. Измерванията на радиалната скорост изглежда показват, че последната хипотеза е по-вероятна, но е необходима оптична и инфрачервена фотометрия, придружена от измервания на водородни линии в нейните спектри, за да приключи накрая случая.

Изображение на космическия телескоп Хъбъл на M87, заедно със струя, излъчвана от центъра му. Кредит за изображение: НАСА / Хъбъл.

HVGC-1 - кратък за високоскоростен кълбовиден клъстер 1 - е интересен като нещо повече от демонстрация защо измерванията на спектралната линия са невероятно полезни. Обектът се отдалечава от M87 със скорост над 2300 км / с, по-голяма от скоростта на бягство на галактиката. Това е несравнимо с всеки кълбовиден клъстер, открит до този момент, и изглежда показва бурно минало както за самия клъстер, така и за галактиката, която навремето нарича дома.

Виновникът? Доста вероятно супермасивна черна дупка.

Спектроскопията отново се удря

Откритието дойде в разгара на търсене (Caldwell et al. 2014) за кълбовидни клъстери към клъстера Дева. Стари, плътни и пълни със звезди с ниска металичност, тези обекти и звездите, които ги съставят, вероятно са толкова стари, колкото галактиките, които обикалят около тях. Ранното им формиране и еволюция все още е активна тема на изследванията и докато нашите най-добри и подробни образци на кълбовидни клъстери са в местната група, изучаването им в други галактически групи - като M87 - може да ни помогне да разберем по-добре някои аспекти на формирането на галактики ,

Фиг. 1, Caldwell et al. 2014. Пиковете на разпределението на звездата и кълбовидните клъстери са ясни, а HVGC-1 е далеч от двете.

Астрономите проучиха около 2500 кандидати за кълбови клъстери и бяха в състояние да определят червени смени - и следователно радиални скорости - за около 1800 от тях. Разпределенията на скоростта показаха, че кандидатите всъщност попадат в три отделни категории: галактики, кълбовидни клъстери в клъстера Дева и предни звезди в ореола на Млечния път. Когато галактиките бяха извадени от пробата, остана една точка от данни, която беше далеч от върховете на разпределението на звездата и кълбовидните клъстери, с радиална скорост от около -1000 км / с - огромна далеч. Това повдигна въпрос: HVGC-1 беше звезда, галактика, кълбовиден клъстер или нещо друго изцяло?

Спектроскопията ни позволява да определим движението на даден обект по линията ни на зрение, но самите спектрални линии ни дават още повече информация. Например, наличието и формата на различни линии могат да бъдат ключов показател за състава и температурата на звездата. Силните линии на линиите също са важни, но силата на линиите може да бъде намалена чрез неща като изчезване и, разбира се, обратния квадрат на закона. Ето защо, ако искате да опитате да идентифицирате обект въз основа на това, колко силни са неговите линии, по-добре е да разгледате съотношения на различни линии, а не абсолютни интензитети.

Фиг. 3, Caldwell et al. 2014. HVGC-1 е доста ясно кълбовиден клъстер.

В този случай екипът разгледа две различни съотношения на линията: Hγ, разделена на светимостта на G-лентата, и съотношение на два вида емисии на Ca II, използвайки балмерни линии с по-висока енергия. Като цяло кълбовидните клъстери на M87 имат значително по-ниски коефициенти на Са II от тези на кълбовидните клъстери в Андромеда или полеви звезди. Съотношението Ca II на HVGC-1 беше около 0,5 - приблизително половината от онова, което може да очаквате да видите в ореол, но идеално за кълбовиден клъстер.

Филтриране на звездите

Другата основна диагностика, използвана за отделяне на обекта от възможните звезди на преден план, е проста фотометрия. В проучване на кластера Дева, публикувано по-рано същата година, наречено The Next Generation Virgo Cluster Survey-Infrared (NGVS-IR), Muñoz et al. 2014 г. беше измислил умен начин да разграничи кълбовидните клъстери от звездите, като сравнява фотометрията от различни филтри. Извършвайки измервания на светимостта в лентите K, u и i (центрирани съответно в 2190, 365 и 806 nm), те начертаха ik срещу ui и идентифицират редица региони в така наречената uiK диаграма, включително линии на звезди и кълбовидни клъстери.

Фиг. 14, Muñoz et al. 2014. Двете съседни линии от главни последователни звезди и кълбовидни клъстери са много гъсто населени.

Екипът на NGVS-IR специално проучва M87, което прави тяхното откриване наистина полезен инструмент за Caldwell et al., Които търсят още доказателства, че HVGC-1 е кълбовиден клъстер. Тяхната uiK диаграма не разочарова и целевият обект падна красиво в последователността на кълбовидния клъстер, както се очакваше.

Фиг. 2, Caldwell et al. 2014 година.

Между фотометрията и анализа на съотношението на линията изглежда, че групата окончателно е класифицирала HVGC-1 като кълбовиден клъстер, движейки се с невероятната скорост от 2300 км / с спрямо M87. Бързо изчисление показа, че тази скорост е много по-голяма от скоростта на бягство на галактиката, което показва, че кълбовидният клъстер скоро ще го напусне, както и девствения клъстер като цяло. Виждаме, че редица звезди се движат по този начин в Млечния път, наречен звезди на хипервластта (писах за интересен случай, НЕ 0437–5439, по-рано тази година!). Смята се, че тези звезди са достигнали огромните си скорости след срещи със Стрелец А *, свръхмасивната черна дупка в центъра на галактиката. Може ли да се случи нещо подобно с HVGC-1?

Черни дупки и бебешки клъстери

Идеята за насилствена среща със свръхмасивна черна дупка е изкушаваща, която би предполагала насилствена история за M87. За да бъде изхвърлен обект от система, трябва да има най-малко три тела. Звездите на хипервелозите често са лишени от бинарни спътници - третите участващи тела - когато срещнат свръхмасивна черна дупка, но тази бинарност е много малко вероятна за кълбовидните клъстери! Астрономите предложиха модификация на настройката, при която две свръхмасивни черни дупки, разположени на разстояние не повече от няколко парсека, биха могли да осигурят необходимия натиск за изпращане на HVGC-1 в междугалактическо пространство. Такава среща би отнела повечето звезди на кълбовия клъстер, оставяйки само плътното му ядро.

Има подкрепа за тази идея. Докато M87 държи само една супермасивна черна дупка, тя е изместена от центъра, което може да показва, че черната дупка е резултат от двоично сливане. Гравитационните вълни от събитието могат да се излъчват анизотропно, изтласквайки остатъка далеч от галактическия център. Имаме доказателства, че същото се е случило и в квазара 3C 186.

Звездите на хипервелозите като HE 0437–5439 могат да бъдат останки от двоични или системи с три звезди. Кредит за изображение: НАСА.

Това каза, както почти винаги е така, има и други обяснения за особената скорост. Една от възможностите, които разглежданата група е, взаимодействията между галактики в девствения клъстер могат да бъдат отнети от M87 - HVGC-1 сред тях. Наблюдаваното разпределение от други кандидат-обекти в M87 обаче не се простира дотолкова, доколкото измерената относителна скорост от 2300 км / с, което означава, че HVGC-1 все още ще бъде по-далеч. Друга възможност беше, че HVGC-1 е спътникът на джудже галактика „субхало“, орбитираща M87, изместена чрез взаимодействие с три тела. Все пак, това е малко вероятно да генерира необходимата скорост.

Накрая екипът разгледа и друга ситуация, свързана със свръхмасивни двоични файлове с черна дупка. Като се има предвид колко гъст е HGVC-1, изглеждаше възможно, че всъщност се нарича хиперкомпактна звездна система - свръхмасивна черна дупка, заобиколена от група звезди, всички изхвърлени от бинарната система с черна дупка в центъра на галактиката чрез гравитационна вълна на емисиите. Измерваната металичност на клъстера обаче не е в голяма степен несъвместима с теорията - и отново това се дължи на скоростта му.

Астрономите все още предпочитат идеята за свръхмасивно бинарно сливане с черна дупка - вълнуваща перспектива, тъй като тези сливания могат да бъдат открити от системи като пулсарни синхронизиращи масиви. Ако наистина наблюдаваме M87 дълго след подобно събитие, може да има други признаци в звездната популация, близо до ядрото на галактиката. Може би астрофизичният струя, излизащ от центъра му, може да ни даде някои улики. M87 е абсолютно огромна галактика, вероятно многократно по-голяма от масата на Млечния път с богати групи звезди, кълбовидни клъстери и газ и прах. Това е постоянна цел на изучаване при голямо разнообразие от дължини на вълните. Може да не сме далеч от следващото проучване, за да предоставим доказателства за любопитното минало на HVGC-1.