Nghệ sĩ minh họa của một lưu vong thiên hà. Tín dụng hình ảnh: CfA. Nhấn vào đây để phóng to.
Nghe cuộc phỏng vấn: Những người lưu vong thiên hà (6,2 MB)
Hoặc đăng ký Podcast: iverseetoday.com/audio.xml
Điều gì một Podcast?
Fraser Cain: Bạn có thể kể cho tôi nghe về những ngôi sao bạn quan sát được và cách chúng bị đuổi ra khỏi thiên hà của chúng ta không?
Tiến sĩ Warren Brown: Những gì chúng tôi phát hiện ra là hai ngôi sao ở khu vực xa xôi của Dải Ngân hà đang di chuyển với tốc độ mà chưa ai thực sự nhìn thấy các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, ít nhất là các ngôi sao bên ngoài trung tâm thiên hà. Ngoại trừ việc những ngôi sao này cách trung tâm thiên hà hàng trăm ngàn năm ánh sáng. Tuy nhiên, lời giải thích hợp lý duy nhất cho vận tốc của chúng là chúng bị đẩy ra bởi lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của thiên hà.
Fraser: Vì vậy, họ đi lạc quá gần lỗ đen siêu lớn và bị loại?
Brown: Vâng, vì vậy, đây là hình ảnh. Kịch bản này đòi hỏi ba cơ thể và các nhà thiên văn học nói rằng cách có khả năng nhất xảy ra là nếu bạn có một cặp sao. Như bạn có thể nhận thấy, một cái gì đó giống như một nửa các ngôi sao trên bầu trời thực sự là các hệ thống chứa một cặp, hoặc đôi khi nhiều ngôi sao hơn. Và vì vậy, nếu bạn có một cặp sao bị ràng buộc chặt, vì một lý do nào đó, di chuyển quá gần lỗ đen siêu lớn, đến một lúc nào đó lực hấp dẫn của lỗ đen sẽ vượt quá năng lượng liên kết giữa các ngôi sao đó và xé toạc một trong những ngôi sao đó . Nó sẽ bắt được một ngôi sao, nhưng ngôi sao kia sau đó rời khỏi hệ thống với năng lượng quỹ đạo của cặp. Và đó là cách bạn có được sự tăng tốc thêm này. Nó nói rằng lỗ đen siêu lớn về cơ bản có thể hủy liên kết một ngôi sao, bắt giữ nó và để lại một ngôi sao khác với toàn bộ năng lượng mà cặp đôi này từng có. Và ngôi sao đó sau đó bị đẩy ra khỏi thiên hà.
Fraser: Sau đó, nếu một ngôi sao bình thường, đơn lẻ đến quá gần, nó sẽ không có năng lượng để bị đẩy ra. Tôi nghĩ rằng tôi đã thấy một số mô phỏng trong đó ngôi sao nằm quá gần lỗ đen và loại thay đổi hướng của quỹ đạo của nó, nhưng nó vẫn tiếp tục quay quanh quỹ đạo.
Brown: Chắc chắn, bạn có thể tưởng tượng nó giống như một con tàu vũ trụ được bắn bằng súng cao su xung quanh Sao Mộc hoặc thứ gì đó. Bạn có thể tưởng tượng rằng bạn có thể đang thay đổi quỹ đạo và đạt được một số tốc độ. Nhưng ở đó, không có cơ chế nào trong thiên hà để đạt được tốc độ nhanh như vậy đối với thứ gì đó có khối lượng của một ngôi sao khối lượng mặt trời 3-4. Điều đó đòi hỏi một sự tương tác ba cơ thể để tạo ra vận tốc mà chúng ta thấy. Và những gì chúng tôi quan sát là chuyển động của họ đối với chúng tôi. Họ đang di chuyển ra xa chúng ta với tốc độ khoảng 1-1,5 triệu dặm một giờ.
Fraser: Các ngôi sao sẽ đi nhanh đến mức nào khi họ đến để gặp gỡ cuộc chia tay của họ?
Brown: Tôi không biết chắc chắn. Có lẽ là một cái gì đó gấp 10 lần, ngay trước thời điểm đó khi họ nhảy qua lỗ đen. Tất nhiên, khi bạn rời khỏi tiềm năng hấp dẫn của hố đen, chúng sẽ chậm lại khá đột ngột. Vận tốc thoát cuối cùng của chúng là những gì chúng ta quan sát bây giờ; đó là vào thứ tự của một triệu dặm một giờ. Và điều đó tốt hơn gấp đôi vận tốc mà bạn cần để thoát khỏi thiên hà của chúng ta hoàn toàn. Những ngôi sao này thực sự là những người lưu vong. Họ đã bị ruồng bỏ khỏi thiên hà và họ sẽ không bao giờ quay trở lại.
Fraser: Và một ngôi sao bị đuổi ra. Điều gì xảy ra với ngôi sao khác?
Brown: Đó là một câu hỏi thú vị. Trên thực tế, có một bài báo lý thuyết mà một số nhà lý thuyết đã viết cho rằng những ngôi sao này có quỹ đạo hình elip rất dài xung quanh lỗ đen khổng lồ trung tâm có thể là bạn đồng hành trước đây của những ngôi sao được gọi là hypervelocity mà chúng ta đã phát hiện ra. Và đó là loại quỹ đạo mà bạn mong đợi. Trừ khi ngôi sao không may mắn rơi thẳng vào lỗ đen, nếu chỉ nhớ một chút, nó sẽ chỉ xoay quanh và sau đó nằm trên một quỹ đạo hình elip rất dài xung quanh lỗ đen khổng lồ trung tâm.
Fraser: Và cặp đôi này bắt nguồn từ đâu? Đây có phải là một số phận có thể ảnh hưởng đến một số ngôi sao nhị phân gần đó?
Brown: Vâng, điều đó thực sự đã đến bức tranh lớn hơn. Trung tâm thiên hà là một nơi thú vị. Nó có rất nhiều ngôi sao trẻ. Ba trong số các cụm sao khổng lồ trẻ nhất được phát hiện trong thiên hà đến từ ngay gần trung tâm thiên hà. Và chúng chứa một số ngôi sao lớn nhất trong thiên hà. Vì vậy, có rất nhiều ngôi sao trẻ quay quanh đó. Câu hỏi là, làm thế nào để bạn có được một ngôi sao để điều chỉnh quỹ đạo của nó để nó bắn thẳng về phía lỗ đen siêu lớn, thay vì chỉ quay quanh nó, như Trái đất quay quanh Mặt trời. Và đó là một câu hỏi mở. Và một điều mà những ngôi sao có tốc độ giảm âm mà chúng tôi phát hiện ra đang bắt đầu cho chúng ta gợi ý về cách thức hoạt động của cơ chế đó. Bởi vì, ví dụ, một ý tưởng là với các cụm sao này, chúng tôi đã quan sát thấy. Có lẽ bằng ma sát động, khi chúng gặp phải những ngôi sao khác, chúng có thể chìm dần xuống phía trung tâm thiên hà, nơi có hố đen. Và điều đó đã xảy ra, bạn có thể tưởng tượng rằng đột nhiên có cả một loạt các ngôi sao ngay bên cạnh lỗ đen khổng lồ đó. Bạn có thể nhận được một loạt các ngôi sao hypervelocity. Có tất cả các loại sao để phóng ra. Tuy nhiên, các ngôi sao mà chúng ta quan sát đều có thời gian di chuyển khác nhau từ trung tâm thiên hà. Điều này chỉ mang tính gợi ý, nhưng chúng tôi đã bắt đầu có thể nói điều gì đó về lịch sử của các ngôi sao tương tác với lỗ đen siêu lớn. Và điều xuất hiện cho đến nay, đó là không có bằng chứng nào cho các cụm sao rơi vào trung tâm thiên hà.
Fraser: Có thể có một số loại băng chuyền mà các ngôi sao được sinh ra và sau đó chúng từ từ chìm xuống và sau đó chúng bị đá ra khi chúng đến quá gần.
Brown: Vâng, đó là một loại ý tưởng. Để băng chuyền đó hoạt động, bạn cần một nơi nào đó đồ sộ như cụm sao để băng tải đó hoạt động. Để có thể chìm thứ gì đó xuống phía hố đen khổng lồ. Khi một vật thể lớn gặp phải rất nhiều vật thể lớn, hóa ra các vật thể nhỏ hơn sẽ có xu hướng tỏa ra nhiều năng lượng hơn một chút. Là vật thể lớn, trong trường hợp này, một cụm sao, mất năng lượng, quỹ đạo của nó phân rã và nó nằm gần trung tâm thiên hà.
Fraser: Với số lượng sao mà bạn đã tìm thấy và số lượng lớn các ngôi sao trong thiên hà, đây hẳn là một công việc khá khó khăn để theo dõi những kẻ này. Phương pháp mà bạn đã sử dụng là gì?
Brown: Vâng, đó thực sự là một trong những kết quả thú vị của lần này. Phát hiện đầu tiên, một năm trước, sau ngôi sao giảm âm đầu tiên, đó là một phát hiện tình cờ. Và lần này chúng tôi đã tích cực tìm kiếm chúng. Và mẹo là những thứ này phải rất hiếm. Các nhà lý thuyết ước tính rằng có lẽ có một ngàn ngôi sao trong toàn bộ thiên hà. Và thiên hà chứa hơn 100 tỷ ngôi sao. Vì vậy, chúng tôi đã phải tìm kiếm theo cách cho chúng tôi một cơ hội khá tốt để tìm thấy nhiều hơn trong số họ. Và chiến lược của chúng tôi là gấp đôi. Một là vùng ngoại ô của Dải Ngân hà chứa hầu hết các ngôi sao lùn, già. Những ngôi sao như Mặt trời, hoặc ít hơn những ngôi sao có màu đỏ. Ở đó, không có ngôi sao lớn, màu xanh da trời nào, và đó là loại ngôi sao mà chúng tôi quyết định tìm kiếm; những ngôi sao còn trẻ và phát sáng để chúng ta có thể nhìn thấy chúng ở xa, nhưng nơi không nên là những ngôi sao như thế ở vùng ngoại ô của thiên hà. Và phần khác của chiến lược là tìm kiếm những ngôi sao mờ nhạt. Càng đi xa, các ngôi sao thiên hà càng ít phải tranh cãi. Và càng có nhiều khả năng bạn sẽ bắt gặp những ngôi sao có tốc độ giảm âm này, trái ngược với một ngôi sao khác mà chỉ quay quanh thiên hà.
Fraser: Và phương pháp mà bạn sử dụng để thực sự cho biết ngôi sao đó đang di chuyển nhanh như thế nào?
Brown: Chúng ta phải lấy một ngôi sao. Sử dụng kính viễn vọng 6,5 MMT ở Arizona, chúng tôi đã chỉ ngôi sao vào một trong những ngôi sao ứng cử viên của chúng tôi và chúng tôi lấy ánh sáng từ ngôi sao đó và chúng tôi đặt nó vào quang phổ cầu vồng và chụp ảnh quang phổ đó. Và các yếu tố trong bầu không khí sao đóng vai trò như một dấu vân tay. Bạn có thể thấy các dòng hấp thụ do hydro và helium và các yếu tố khác. Và nó đang sử dụng các chuyển động, Doppler dịch chuyển - trong trường hợp này là các dịch chuyển màu đỏ - của các bước sóng đó cho chúng ta biết các ngôi sao đang di chuyển ra xa chúng ta nhanh như thế nào. Và hầu hết các ngôi sao trong mẫu của chúng tôi là các ngôi sao thiên hà bình thường; chúng đang di chuyển với vận tốc khá chậm, và sau đó hai trong số chúng tình cờ di chuyển khá nhanh, và đó là hai thứ mà chúng tôi vừa tuyên bố.
Fraser: Và bạn nghĩ điều này cho chúng ta biết gì về sự hình thành của các ngôi sao, hay trung tâm của thiên hà, hay
Brown: Chà, đó thực sự là một phần thú vị của câu chuyện trong khoảng thời gian này. Bây giờ chúng ta thực sự có một mẫu trong số chúng, đây thực sự là một lớp vật thể mới, những ngôi sao có tốc độ giảm âm này, chúng ta có thể bắt đầu nói điều gì đó về nơi chúng đến, đó là trung tâm thiên hà. Những ngôi sao này rất phù hợp để kể cho chúng ta câu chuyện về những gì đã xảy ra tại trung tâm thiên hà. Những chuyến du hành của họ cho chúng ta biết đôi điều về lịch sử, những gì mà xảy ra, và những loại ngôi sao mà chúng ta đang nhìn thấy. Trong trường hợp này, những ngôi sao trẻ, màu xanh này - 3-4 ngôi sao khối lượng mặt trời này - mà các nhà thiên văn học gọi chúng là những ngôi sao loại B. Thực tế là chúng tôi đã nhìn thấy hai người trong khu vực khảo sát của chúng tôi, nơi chúng tôi đã thực hiện khoảng 5% bầu trời, phù hợp với sự phân bố trung bình của các ngôi sao mà bạn nhìn thấy trong thiên hà. Nhưng không phù hợp với những gì nhiều cụm sao bạn nhìn thấy trong trung tâm thiên hà. Vì vậy, thực tế loại sao mà bạn đang nhìn thấy đang bắt đầu cho chúng ta biết về dân số của những gì mà Lát đã bắn ra khỏi thiên hà. Trong trường hợp này, nó trông giống như nó HẠNH PHÚC những cụm sao khổng lồ này, nhưng đúng hơn là ngôi sao trung bình của bạn mà Lượn lang thang trong thiên hà.
Fraser: Và nếu bạn có một loại kính viễn vọng siêu Hubble nào đó theo ý của bạn, bạn muốn tìm gì?
Brown: Ồ, chúng tôi muốn tìm kiếm chuyển động của những ngôi sao trên bầu trời. Vì vậy, tất cả chúng ta biết nếu vận tốc tối thiểu của họ. Điều duy nhất mà chúng ta có thể đo được là vận tốc của chúng trong đường ngắm đối với chúng ta. Những gì chúng ta không biết là có vận tốc trong mặt phẳng của bầu trời, cái gọi là chuyển động thích hợp. Nó có thể làm điều đó với Hubble, nếu bạn có đường cơ sở 3-5 năm để thấy những ngôi sao này di chuyển. Nó nên là một chuyển động rất nhỏ. Nếu bạn có một siêu Hubble, có lẽ bạn có thể thấy nó trong một năm. Vì vậy, đó sẽ là rất thú vị để biết. Điều đó không chỉ cho bạn biết chắc chắn rằng những điều này thực sự đến từ trung tâm thiên hà, và không phải từ một nơi nào khác, mà cả quỹ đạo của chúng. Nếu bạn biết chính xác cách chúng di chuyển ra ngoài, bất kỳ sai lệch nào từ một đường thẳng từ trung tâm thiên hà sẽ cho bạn biết lực hấp dẫn của thiên hà đã ảnh hưởng đến quỹ đạo của chúng theo thời gian như thế nào. Và điều đó cũng rất thú vị để biết.
Fraser: Phải, vì vậy sẽ giúp ích cho việc vạch ra sự phân bố vật chất tối.
Brown: Chính xác, chính xác. Vì vậy, các nhà thiên văn học suy ra sự hiện diện của vật chất tối. Chúng ta thấy các ngôi sao quay quanh thiên hà nhanh hơn chúng chỉ vì có vẻ như có khối lượng mà chúng ta có thể tài khoản để giữ chúng trong quỹ đạo của chúng. Và vật chất tối này, nó rất khó để hiểu được cách mà nó phân phối trên khắp thiên hà. Nhưng những ngôi sao này đã ở vùng ngoại ô của thiên hà và khi chúng đi qua nó, sự nhiễu loạn này, lực hấp dẫn của vật chất tối khi những vật thể này đi qua thiên hà sẽ dần dần xuất hiện. Vì vậy, họ thực sự đo lường sự phân phối của vật chất tối này, chỉ trên quỹ đạo của chúng. Vì vậy, nếu bạn có thể đo chuyển động của chúng, bằng một mẫu các ngôi sao, nó thực sự bắt đầu cho bạn biết cách thức vật chất tối được phân phối xung quanh thiên hà.
