Ilustrasi artis dari pengasingan galaksi. Kredit gambar: CFA. Klik untuk memperbesar.
Dengarkan wawancara: Galactic Exiles (6.2 MB)
Atau berlangganan ke Podcast: universetoday.com/audio.xml
Apa itu Podcast?
Kain Fraser: Dapatkah Anda memberi tahu saya tentang bintang-bintang yang Anda amati dan bagaimana mereka dapat dikeluarkan dari galaksi kita?
Warren Brown: Apa yang kami temukan adalah dua bintang di daerah yang jauh dari Bimasakti yang bergerak dengan kecepatan yang belum pernah ada yang benar-benar melihat bintang di galaksi kita, setidaknya bintang di luar pusat galaksi. Kecuali bahwa bintang-bintang ini berjarak ratusan ribu tahun cahaya dari pusat galaksi. Namun, satu-satunya penjelasan yang masuk akal untuk kecepatan mereka adalah bahwa mereka dikeluarkan oleh lubang hitam supermasif di pusat galaksi.
Fraser: Jadi mereka tersesat terlalu dekat dengan lubang hitam supermasif dan seperti diusir?
Brown: Ya, jadi inilah fotonya. Skenario ini membutuhkan tiga tubuh, dan para astronom mengatakan bahwa cara yang paling mungkin terjadi adalah jika Anda memiliki sepasang bintang. Seperti yang Anda ketahui, sekitar setengah bintang di langit sebenarnya adalah sistem yang mengandung pasangan, atau terkadang lebih banyak bintang. Dan jika Anda memiliki sepasang bintang yang terikat erat, untuk beberapa alasan, berjalan terlalu dekat dengan lubang hitam supermasif, pada titik tertentu gravitasi lubang hitam akan melebihi energi pengikatan antara sepasang bintang dan merobek salah satu bintang itu menjauh . Ini akan menangkap satu bintang, tetapi bintang lainnya kemudian meninggalkan sistem dengan energi orbital pasangan. Dan itulah cara Anda mendapatkan dorongan kecepatan ekstra ini. Lubang hitam supermasif pada dasarnya mampu melepaskan ikatan satu bintang, menangkapnya, dan meninggalkan yang lainnya dengan seluruh energi yang dimiliki oleh pasangan tersebut. Dan bintang itu kemudian dikeluarkan dari galaksi.
Fraser: Lalu jika bintang tunggal reguler datang terlalu dekat, tidak akan ada energi untuk dikeluarkan. Saya pikir saya telah melihat beberapa simulasi di mana bintang terlalu dekat dengan lubang hitam dan semacam mengubah arah orbitnya, tetapi masih terus mengorbit di sekitar.
Brown: Tentu, Anda bisa membayangkan itu seperti pesawat ruang angkasa yang menjepret Jupiter atau semacamnya. Anda dapat membayangkan bahwa Anda mungkin mengubah lintasan, dan mendapatkan kecepatan. Tetapi tidak ada mekanisme di galaksi untuk mendapatkan kecepatan sebanyak ini untuk sesuatu yang memiliki massa bintang massa matahari 3-4. Itu membutuhkan interaksi tiga tubuh untuk menciptakan kecepatan yang kita lihat. Dan apa yang kita amati adalah gerakan mereka sehubungan dengan kita. Mereka bergerak menjauh dari kita dengan kecepatan sekitar 1-1,5 juta mil per jam.
Fraser: Seberapa cepat bintang-bintang akan berjalan ketika mereka datang untuk menemui perpisahan mereka?
Brown: Saya tidak tahu pasti. Mungkin sesuatu 10 kali lipat dari itu, tepat sebelum saat itu ketika mereka berayun melewati lubang hitam. Tentu saja, ketika Anda meninggalkan potensi gravitasi dengan baik dari lubang hitam, mereka melambat dengan tiba-tiba. Kecepatan melarikan diri terakhir mereka adalah apa yang kita amati sekarang; itu berada di urutan satu juta mil per jam. Dan itu lebih dari dua kali kecepatan yang Anda butuhkan untuk melarikan diri dari galaksi kita sama sekali. Bintang-bintang ini benar-benar orang buangan. Mereka diusir dari galaksi dan mereka tidak akan pernah kembali.
Fraser: Dan satu bintang ditendang keluar. Apa yang terjadi pada bintang lainnya?
Brown: Itu pertanyaan yang menarik. Faktanya ada makalah teori yang ditulis oleh beberapa ahli teori yang menyatakan bahwa bintang-bintang ini dalam orbit elips yang sangat panjang di sekitar lubang hitam masif pusat mungkin adalah mantan sahabat dari bintang-bintang hypervelocity yang kita temukan. Dan itulah jenis orbit yang Anda harapkan. Kecuali jika bintangnya sangat sial sehingga jatuh langsung ke dalam lubang hitam, jika meleset sedikit saja, bintang itu hanya akan berputar-putar dan kemudian berada pada orbit elips yang sangat panjang di sekitar lubang hitam besar pusat.
Fraser: Dan dari mana pasangan itu berasal? Apakah ini takdir yang mungkin memengaruhi beberapa bintang biner terdekat?
Brown: Ya, itu benar-benar sampai pada gambaran yang lebih besar. Pusat galaksi adalah tempat yang menarik. Ini memiliki banyak bintang muda. Tiga dari gugus bintang masif termuda yang ditemukan di galaksi berasal dari tepat di dekat pusat galaksi. Dan mereka mengandung beberapa bintang paling masif di galaksi. Jadi ada banyak bintang muda yang mengorbit di sana. Pertanyaannya adalah, bagaimana Anda mendapatkan bintang untuk mengubah orbitnya sehingga ia menembak langsung ke arah lubang hitam supermasif, bukannya hanya mengorbit di sekitarnya, seperti Bumi yang mengorbit Matahari. Dan itu pertanyaan terbuka. Dan satu hal yang bintang-bintang hypervelocity ini telah kami temukan mulai memberi kami petunjuk tentang mungkin bagaimana mekanisme itu bekerja. Karena, misalnya, satu gagasan adalah bahwa dengan gugus bintang ini telah kami amati. Mungkin dengan gesekan dinamis, ketika mereka bertemu bintang lain, mereka dapat tenggelam perlahan ke pusat galaksi di mana ada lubang hitam. Dan itu yang akan terjadi, Anda bisa membayangkan bahwa tiba-tiba ada sejumlah bintang tepat di lubang hitam besar itu. Anda bisa mendapatkan ledakan bintang-bintang hypervelocity ini. Ada banyak jenis bintang untuk dikeluarkan. Namun bintang-bintang yang kita amati semuanya memiliki waktu perjalanan yang berbeda dari pusat galaksi. Ini hanya sugestif, tetapi kita sudah mulai bisa mengatakan sesuatu tentang sejarah bintang yang berinteraksi dengan lubang hitam supermasif. Dan apa yang muncul sejauh ini, adalah bahwa tidak ada bukti untuk gugus bintang yang jatuh ke pusat galaksi.
Fraser: Mungkin ada semacam ban berjalan bahwa bintang-bintang dilahirkan dan kemudian mereka perlahan-lahan tenggelam dan kemudian mereka ditendang keluar karena terlalu dekat.
Brown: Ya, itu satu ide. Agar conveyor belt berfungsi, Anda membutuhkan tempat yang besar seperti gugusan bintang agar conveyor itu berfungsi. Untuk dapat menenggelamkan sesuatu ke arah lubang hitam besar. Ketika sebuah objek masif bertemu banyak objek masif, ternyata objek yang kurang masif akan cenderung mengeluarkan sedikit lebih banyak energi. Sebagai objek masif, dalam hal ini gugus bintang, kehilangan energi, orbitnya meluruh dan mendekati pusat galaksi.
Fraser: Dengan sedikit jumlah bintang yang Anda temukan, dan sejumlah besar bintang di galaksi, pasti merupakan pekerjaan yang cukup sulit untuk melacak orang-orang ini. Apa metode yang Anda gunakan?
Brown: Ya, itu sebenarnya salah satu hasil menarik saat ini. Penemuan pertama, setahun yang lalu, setelah bintang hypervelocity pertama, itu adalah penemuan yang kebetulan. Dan kali ini kami secara aktif mencari mereka. Dan masalahnya adalah bahwa hal-hal ini seharusnya sangat langka. Para ahli teori memperkirakan bahwa mungkin ada seribu bintang di seluruh galaksi. Dan galaksi berisi lebih dari 100 miliar bintang. Jadi kami harus mencari cara yang memberi kami peluang yang cukup bagus untuk menemukan lebih banyak dari mereka. Dan strategi kami ada dua. Salah satunya adalah bahwa pinggiran Bima Sakti sebagian besar berisi bintang-bintang kerdil. Bintang seperti Matahari, atau kurang bintang yang berwarna merah. Tidak ada bintang muda biru yang besar, dan itu adalah jenis bintang yang kami putuskan untuk dicari; bintang-bintang yang muda, dan bercahaya sehingga kita bisa melihatnya jauh, tetapi di mana seharusnya tidak ada bintang-bintang seperti itu di pinggiran galaksi. Dan bagian lain dari strategi ini adalah mencari bintang yang pingsan. Semakin jauh Anda pergi, semakin sedikit bintang-bintang galaksi latar belakang Anda harus bersaing dengan. Dan semakin besar kemungkinan Anda akan menemukan bintang-bintang hypervelocity ini, dibandingkan dengan bintang lain yang hanya mengorbit galaksi.
Fraser: Dan metode apa yang Anda gunakan untuk benar-benar mengetahui seberapa cepat bintang itu bergerak?
Brown: Untuk itu kami harus mengambil spektrum bintang. Menggunakan teleskop 6,5 MMT di Arizona, kami mengarahkan bintang ke salah satu kandidat bintang kami dan kami mengambil cahaya dari bintang itu dan kami memasukkannya ke dalam spektrum pelangi dan mengambil gambar dari spektrum itu. Dan elemen-elemen dalam atmosfer bintang berfungsi sebagai sidik jari. Anda dapat melihat garis serapan karena hidrogen dan helium dan elemen lainnya. Dan itu menggunakan gerakan, pergeseran Doppler - dalam hal ini pergeseran merah - dari panjang gelombang tersebut memberitahu kita seberapa cepat bintang-bintang bergerak menjauh dari kita. Dan sebagian besar bintang dalam sampel kami adalah bintang galaksi normal; mereka bergerak dengan kecepatan yang cukup lambat, dan kemudian dua di antaranya berjalan cukup cepat, dan itulah yang kami umumkan tadi.
Fraser: Dan apa yang menurut Anda ini memberi tahu kita tentang pembentukan bintang, atau pusat galaksi, atau ...
Brown: Ya, itu sebenarnya bagian yang menarik dari cerita kali ini. Sekarang kita benar-benar memiliki sampel ini, ini benar-benar kelas objek baru, bintang-bintang hiper-kecepatan ini, kita dapat mulai mengatakan sesuatu tentang dari mana mereka berasal, yang merupakan pusat galaksi. Bintang-bintang ini secara unik cocok untuk menceritakan kepada kita kisah tentang apa yang terjadi di pusat galaksi. Waktu perjalanan mereka memberi tahu kita sesuatu tentang sejarah, apa yang sedang terjadi, tetapi juga jenis bintang yang kita lihat. Dalam hal ini, bintang-bintang biru muda ini - 3-4 bintang massa matahari ini - yang oleh para astronom disebut bintang tipe-B. Fakta bahwa kami telah melihat dua di wilayah survei kami, yang telah kami lakukan sekitar 5% dari langit, konsisten dengan distribusi rata-rata bintang yang Anda lihat di galaksi. Tetapi tidak konsisten dengan apa yang banyak bintang gugusan ini Anda lihat di pusat galaksi. Jadi, fakta jenis bintang yang Anda lihat mulai memberi tahu kami tentang populasi apa yang telah ditembakkan keluar dari galaksi. Dalam hal ini sepertinya bukan gugusan bintang supermasif ini, melainkan bintang rata-rata Anda yang berkeliaran di galaksi.
Fraser: Dan jika Anda memiliki semacam teleskop Hubble super yang Anda inginkan, apa yang ingin Anda cari?
Brown: Oh, kami ingin mencari gerakan bintang-bintang ini di langit. Jadi yang kita tahu kalau kecepatan minimumnya. Satu-satunya hal yang dapat kita ukur adalah kecepatan mereka di garis pandang sehubungan dengan kita. Apa yang kita tidak tahu adalah ada kecepatan di bidang langit, yang disebut gerakan yang tepat. Dimungkinkan untuk melakukan itu dengan Hubble, jika Anda memiliki garis pangkal 3-5 tahun untuk melihat bintang-bintang ini bergerak. Itu harus menjadi gerakan yang sangat kecil. Jika Anda memiliki Hubble super, mungkin Anda bisa melihatnya dalam setahun. Jadi itu akan sangat menarik untuk diketahui. Tidak hanya itu akan memberi tahu Anda dengan pasti bahwa ini benar-benar berasal dari pusat galaksi, dan bukan dari tempat lain, tetapi juga lintasan mereka. Jika Anda tahu persis bagaimana mereka bergerak, penyimpangan apa pun dari garis lurus dari pusat galaksi memberi tahu Anda tentang bagaimana gravitasi galaksi telah memengaruhi lintasan mereka dari waktu ke waktu. Dan itu juga sangat menarik untuk diketahui.
Fraser: Benar, sehingga akan membantu merencanakan distribusi materi gelap.
Brown: Tepat sekali. Jadi para astronom menyimpulkan keberadaan materi gelap. Kami melihat bintang yang mengorbit galaksi lebih cepat dari seharusnya, hanya karena tampaknya ada massa yang tidak dapat kami pertanggungjawabkan karena menahan mereka di orbitnya. Dan materi gelap ini, sulit untuk mengetahui bagaimana itu didistribusikan di sekitar galaksi. Tetapi bintang-bintang ini sudah berada di pinggiran galaksi, dan ketika mereka melewatinya, gangguan ini, tarikan gravitasi materi gelap ini ketika benda-benda ini berjalan melalui galaksi perlahan-lahan bertambah ketika mereka pergi. Jadi mereka benar-benar mengukur distribusi materi gelap ini, hanya pada orbitnya. Jadi, jika Anda bisa mengukur gerakan mereka, dari sampel bintang, itu sebenarnya mulai memberi Anda pegangan tentang bagaimana materi gelap didistribusikan di sekitar galaksi.
