Nifteindastjörnuský.

Þegar fyrsta stjarnan á ofurhraða uppgötvaðist árið 2003 vakti fundurinn furðu meðal stjörnufræðinga. En hann ætti eiginlega ekki að hafa gert það, því þegar 20 árum áður var sagt fyrir um slíkar stjörnur af stjörnufræðingnum Jack Hills við Los Alamos National Laboratory í BNA. Hann hafði reiknað út að fari tvístirni of nærri svartholi geti gagnvirkur aðdráttur milli stjarnanna tveggja rofnað. Önnur stjarnan myndi þannig dragast inn á braut um svartholið meðan hinni yrði slengt í burtu frá svartholinu með ógnarhraða.

Jack Hills birti kenningu sína í hinu virta vísindatímariti Nature og bætti við að einungis þyrfti að finna eina háhraðastjörnu til að sanna kenningu hans. En það liðu heil 13 ár áður en það gerðist – og segja má að það hafi verið helber hending.

Árið 2003 stóð stjörnufræðingurinn Warren Brown við Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics fyrir margvíslegum athugunum með hinum 6,5 m breiða sjónauka á Hopkinsfjalli í Arizona. Markmiðið var að taka upp ljósróf af veikum bláum stjörnum langt frá skífu Vetrarbrautarinnar. Warren Brown vænti þess að finna nokkrar gamlar léttar stjörnur sem brenna helín eftir að hafa þurrausið vetni sitt. Þessar eldri stjörnur áttu að hjálpa honum að kortleggja massadreifingu í ytri skýjum Vetrarbrautar.

Allt passaði við kenninguna

Þegar Warren Brown tók að greina ljósrófin nokkrum mánuðum síðar vakti ein bláasta stjarnan með nafnið SDSS J090745.0+024507 athygli hans. Sú virtist nefnilega vera á furðulega miklum hraða. Með sínar 2,51 milljón km/klst. fór hún miklu hraðar en hinar sem hann skoðaði og gat því ekki verið stjarna sem hafði verið slengt út úr tvístirnakerfi. Hraðinn var svo mikill að hún virtist jafnvel vera að þeytast út úr Vetrarbrautinni. Eftir frekari eftirgrennslan rakst Warren Brown á kenningu Jack Hills og sannfærðist um að einungis svarthol gæti verið nægjanlega kraftmikið til að þeyta stjörnunni burt með slíkum ofurhraða. Jafnframt bentu athuganir til að stjarnan færi beint frá miðju Vetrarbrautarinnar. Aldur stjörnunnar nærri 80 milljón árum og innihald hennar af einkum þungum frumefnum passaði einnig við kenningu Hills.

Árið 2005 gat Warren Brown því birt fundinn á þessari fyrstu háhraðastjörnu. Og á næstu árum fundu bæði Warren Brown og aðrir stjörnufræðingar fleiri háhraðastjörnur, þannig að nú á dögum hafa staðfests 16 slík fyrirbæri. Auk þeirra eru 12 mögulegir kandidatar með hraða sem er á milli 990.000 km/klst. og 1,19 milljón km/klst.

Tvær stjörnur skera sig úr

Sumir stjörnufræðingar telja þó að útskýring Hills og Browns á hraða stjarnanna standist ekki í öllum tilfellum. Einkum eru tvær stjörnur sem skera sig úr.

Önnur þeirra er háhraða stjarnan HE 0437 – 5439. Hana er að finna nærri Stóra Magellanskýinu, sem er dvergstjörnuþoka og fylgiþoka Vetrarbrautarinnar. Og kannski er stjarnan upprunnin þaðan. Greiningar á ljósrófi hennar sýna allavega að samsetning stjörnunnar minnir meira á þær stjörnur sem fyrirfinnast í Stóra Magellanskýinu en hinum nærri miðju Vetrarbrautar.

Sumir stjörnufræðingar telja að stjarnan kunni að hafa yfirgefið Stóra Magellanskýið við að önnur stjarna hafi yfirtekið stöðu hennar í tvístirnakerfi, en þessu hafnar Warren Brown. Hans kenning er að í Stóra Magellanskýinu sé að finna svarthol sem er meira en tugþúsundfaldur massi sólar og hefur veitt stjörnunni þennan mikla hraða – með sama hætti og þær stjörnur sem skutust frá miðju Vetrarbrautar. Vandamálið er bara að enn hafa ekki fundist neinar sannanir fyrir því að slíkt svarthol finnist.

Önnur háhraðastjarna sem er ekki komin frá miðju okkar stjörnuþoku er HD 271791. Með því að kanna uppruna hennar hafa stjörnufræðingar ályktað að hún komi frá jaðri skífu Vetrarbrautarinnar. Litróf hennar sýnir lítið járninnihald en mikið magn af þeim frumefnum sem eru leifar sprengistjörnu. Þetta passar við að hún kunni að vera fædd í jaðri Vetrarbrautarinnar þar sem er tiltölulega lítið af þyngri frumefnum. Stjörnufræðingarnir telja því að HD 271791 sé eftirlifandi helmingur tvístirnis þar sem hin stjarnan hefur orðið sprengistjarna. Við sprenginguna hefur eftirlifandi stjarna þotið af stað með ógnarhraða.

Átta stjörnur liggja í röð

Eftir að í ljós hefur komið að 2 af 16 þekktum háhraðastjörnum hafa náð sínum hraða án aðstoðar svartholsins í miðju Vetrabrautar, hafa spurningar vaknað um hvar og hvernig aðrar stjörnur hafa náð sínum ofsahraða. Heilar 8 af þeim 14 háhraðastjörnum sem eftir eru liggja í röð í átt að stjörnumerkinu Ljóninu. Sumir stjörnufræðingar telja þessar stjörnur ekki vera upprunnar í Vetrarbrautinni. Kannski eru þær komnar frá fylgistjörnuþoku sem hefur verið tætt í sundur vegna þyngdarafls Vetrarbrautarinnar. Tölvulíkön sýna að stjörnur frá sundurtættri fylgistjörnuþoku geta náð miklum hraða og að þær myndu í öllu falli mynda röð eða hala – rétt eins og stjörnurnar 8 sem liggja í stefnu frá Ljónsmerkinu. Eftir stöðu og hraða stjarnanna að dæma hefur móðurstjörnuþoka þeirra rifnað í tætlur fyrir milli 100 og 200 milljón árum.

Warren Brown er fullur efa gagnvart þessari kenningu enda telur hann að hún gildi ekki fyrir hröðustu stjörnurnar.

„Hröðustu stjörnurnar hafa örugglega þeyst út frá miðlægu svartholi. Sumar þeirra þeytast frá okkur á 700 km hraða á sek., sem þýðir að þær yfirgáfu Vetrarbrautina með hraðann um 1.000 km/sek. Sá hraði er svo mikill að áhrif annarra stjarna geta ekki skýrt hann. Það þarf stærra og massameira fyrirbæri til,“ segir hann.

Hann bætir þó við að vissulega finnist aðrar mögulegar skýringar sem geta hraðað stjörnu svo gríðarlega. En spurningin er hvort þær séu trúverðugri heldur en miðlægt svarthol.

Frekari rannsóknir þarf til að skera úr um þetta, einkum rannsóknir á litrófi stjarnanna. Stjörnur frá t.d. dvergstjörnuþokum munu innihalda minna magn af þungum frumefnum meðan stjörnur frá miðju stjörnuþoka hafa meira magn þyngri frumefna. Vandamálið er bara að þær stjörnur sem við viljum rannsaka er að finna svo langt í burtu að litrófsgreiningar með jafnvel öflugustu sjónaukum nú til dags geta ekki skorið úr um vandann.

Warren Brown telur þó að með öðrum hætti megi ráða í upprunann, í það minnsta hvað varðar sumar stjörnurnar.

„Í nánustu framtíð munum við opinbera allar brautir fyrir fyrstu 5 háhraða stjörnurnar mældar með aðstoð Hubble-geimsjónaukans. Með brautunum getum við komist að upprunalegum sporbaugum stjarnanna og út frá því ákvarðað nákvæmlega uppruna þeirra í eitt skipti fyrir öll,“ segir bandaríski stjörnufræðingurinn.