一顆罕見超高速恆星或將掙脫銀河系束縛

新的研究發現，在公民科學家的協助下所發現的一個物體，在銀河系中移動的速度極快，以至於它有可能逃脫星系的引力，進而抵達星系際空間。

該物體可能是一顆微弱的紅矮星，其速度約爲每小時 130 萬英里（每秒 600 公里），疾馳而過。

據一組天文學家和公民科學家所言，如果得以證實，該物體將會是已知的第一顆“超高速”極低質量恆星，他們的研究已被《天體物理學雜誌快報》接收並發表。

聖母大學物理與天文學系的博士後研究員、也是該研究的合著者羅曼·格拉西莫夫（Roman Gerasimov）說道：“低質量恆星比高質量恆星要多得多，因爲恆星形成更傾向於質量較低的天體，而質量較大的恆星壽命更短。但低質量恆星更難探測，因爲它們溫度更低，亮度更暗。”

他表示，超高速恆星於 1988 年首次在理論上被認爲存在，並於 2005 年被發現，它們已然極爲罕見，這使得這一新發現“特別令人興奮”。

參與名爲後院世界：第九行星項目的志願者最先發現了這顆名爲 CWISE J124909.08+362116.0 或者簡稱爲 J1249+36 的恆星。

後院世界的參與者從 NASA 的廣域紅外巡天探測器任務所收集的圖像和數據中尋找模式和異常，該任務在 2009 年至 2011 年期間通過紅外光繪製了天空地圖。

（該航天局於 2013 年將該任務重新指定爲近地天體廣域紅外巡天探測器，用於監測近地小行星和彗星，隨後於 8 月 8 日徹底退役。）

據研究作者所述，幾年前，J1249+36 讓梳理數據的公民科學家們眼前一亮，原因是這顆恆星的移動速度約爲光速的 0.1%。

“我難以形容那種興奮的程度，”來自德國紐倫堡的公民科學家、該研究的合著者馬丁·卡巴特尼克（Martin Kabatnik）在一份聲明中說。“當我第一次看到它移動得如此之快時，我就確信它肯定已經被報道過了。”

來自多個望遠鏡的後續觀測鎖定了該天體，並幫助證實了這一發現。

“這就是這個源頭變得極爲有趣的所在，因爲它的速度和軌跡顯示，它移動得足夠迅速，有逃離銀河系的可能，”該研究的主要作者、加州大學聖地亞哥分校天文學和天體物理學教授亞當·伯格瑟（Adam Burgasser）在一份聲明中說。

這顆恆星最初因質量低而難以歸類，致使天文學家對其究竟是低質量恆星還是褐矮星產生了疑問，褐矮星是一種既非完全意義上的恆星也非行星的天體。

褐矮星的質量比行星大，但比不上恆星，參與後院世界項目的公民科學家已經發現了 4000 多個褐矮星。

但在過去的二十年裡，在天文學家所觀察到的“失控”超高速恆星中，沒有一個褐矮星是像這樣沿着能將其帶出星系的軌跡快速移動的。

天文學家使用地面望遠鏡觀測了 J1249+36，包括位於夏威夷莫納克亞山的 W. M. 凱克天文臺和位於毛伊島哈雷阿卡拉火山的夏威夷大學天文學研究所的 Pan-STARRS 望遠鏡。

來自凱克天文臺近紅外階梯光柵光譜儀的數據表明，這顆恆星是一顆 L 型亞矮星，也就是質量比太陽低得多且溫度比太陽低的恆星。

望遠鏡數據顯示，與其他恆星或褐矮星相比，這顆潛在恆星的金屬（如鐵）濃度較低。

通過結合多個望遠鏡的數據，天文學家確定了這顆恆星在太空中的位置和速度，從而能夠預測它將在某個時候離開銀河系。

但關於該天體的真實性質仍存在疑問。

“通過將其觀測到的特性與恆星演化的計算機模擬進行比較，我計算出這個天體的質量約爲太陽質量的 8%，”格拉西莫夫表示。

實際上，該天體的質量有可能略低於允許的恆星質量下限，這使得這個天體正好處於下限位置，這意味着該天體不是恆星，而是一顆褐矮星。

據研究作者稱，揭示有關該天體的更多細節可以幫助天文學家確定它是否代表了更廣泛的高速、低質量且經歷了極端加速的天體羣體。

瞭解其確切性質還有助於他們判定它何時會離開星系。

研究人員覺得，有兩種可能的情形致使 J1249+36 踏上了快速路徑。

研究小組稱，這顆恆星極有可能是一顆白矮星的伴星，白矮星作爲死亡恆星的剩餘核心，已經排出了用作核燃料的氣體。

“在這種超新星中，白矮星被完全摧毀，所以它的伴星被釋放，並以其最初移動的任一軌道速度飛走，再加上超新星爆炸帶來的一點推力，”伯格瑟說。

另一種可能性是 J1249+36 存在於球狀星團裡，球狀星團指的是一種呈球形且緊密結合的恆星羣。

“當一顆恆星遇到黑洞雙星時，這種三體相互作用的複雜動力學能夠直接把那顆恆星從球狀星團中拋出去，”研究的合著者、即將上任的加州大學聖地亞哥分校天文學和天體物理學系助理教授凱爾·克雷默在一份聲明中說。

克雷默進行了模擬，發現三體相互作用可以將一顆低質量的亞矮星從星團中撞出，並使其走上與 J1249+36 相似的軌道。

“這證明了一個概念，然而我們實際上並不清楚這顆恆星源自哪個球狀星團，”克雷默說道。

格拉西莫夫對該天體是從球狀星團中被拋射出來的這一想法最感興趣，因爲這類星團包含的恆星年齡超過 130 億年。

“球狀星團中的化學成分和恆星質量分佈捕捉到了我們星系形成和演化的最早步驟，”他說。“然而，實際上我們對球狀星團的所有了解都來自對其高質量成員的研究，因爲低質量恆星和褐矮星實在太難觀測了。”

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡近期使天文學家在一個球狀星團中識別出了首批褐矮星，它們的質量與該天體相近。但截至目前，此類例子過少，難以形成更廣泛的認知。

“然而，如果這顆超高速恆星確實是球狀星團的前成員，那麼它的存在爲研究低質量星團成員開闢了一條新途徑，即尋找那些被拋射出來並在太陽系附近高速移動的成員，”格拉西莫夫說。“既然我們能夠找到一個例子，未來可能還會發現更多。”

研究人員表示，逆向追蹤 J1249+36 迄今所走過的路徑，或許會指向夜空中一個擁擠的區域，那裡有尚未被發現的星團正等待着被發現。

現在，科學家們希望從這顆恆星的元素組成中瞭解更多線索，這可能有助於解釋它是如何最終走上一條遠離銀河系的軌道的。

當白矮星爆炸時，它們會產生可能存在於 J1249+36 周圍的重元素。同樣，整個銀河系球狀星團中的恆星具有不同的元素模式，這相當於它們起源的獨特標識。

“我們實際上是在尋找一種化學指紋，它能夠確切地指出這顆恆星來自哪個系統，”格拉西莫夫說道。