از شهاب‌ها تا ستارگان مرموز: آیا ستارگان سرگردان واقعا وجود دارند؟

دو دوران رنسانس انگلیسی، مردم بر این باور بودند که شهاب‌ها، نوری هستند که از آسمان بر مردم می‌افتند و سبب مشکلات و گرفتاری می‌شوند. در پایان قرن نوزدهم، دانشمندان برای رسیدن به صحت این باور دست به انجام آزمایشات زدند. آنچه امروزه معمولا ستاره‌های درحال سقوط یا شهاب نامیده می‌شود، صرفا قطعات کوچک سنگ یا غبار است که با ورود به جو زمین به سرعت می‌سوزد.

اما طبیعت یک شگفتی برای ما دارد: شهاب واقعا وجود دارد.

من یک اخترفیزیکدان هستم که مکانیک سماوی را مطالعه می‌کند – نحوه حرکت اجرام کیهانی مانند ستاره‌ها، سیارات و کهکشان‌ها.

از سال 2005 تا 2014، یک برنامه رصدی عظیم که شامل بررسی آسمان در رصدخانه «فرد لارنس ویپل» بود، وجود دسته جدیدی از ستارگان را تائید کرد که با چنان سرعت باورنکردنی درحال حرکت بودند که می‌توانستند از گرانش کهکشان محلی خود فرار کنند.

در آن زمان ستاره‌شناسان تازه شروع به بررسی درک رفتار شهاب کرده بودند – به آن‎‌ها ستاره پرسرعت می‌گفتند – که با سرعت میلیون‌ها مایل در ساعت در حرکت بودند.

ستارگان درحال چرخش و شهاب‌ها

داستان ستارگان پرسرعت در سال 1988 آغاز می‌شود، زمانی که «جک گیلبرت هیلز»، نظریه‌پرداز آزمایشگاه ملی «لوس آلاموس» ایده‌ای بدیع داشت: چه اتفاقی می‌افتد اگر یک منظومه ستاره دوتایی – یعنی دو ستاره که از نظر گرانشی به یکدیگر متصل شده و در مدار هم هستند و جرم مرکزی مشترکی دارند – در نزدیکی سیاهچاله عظیم در مرکز کهکشان راه شیری حرکت کنند؟ او محاسبه کرد نیروی سیاهچاله می‌تواند این سیستم دوتایی را به دو نیم تقسیم کند.

تصور کنید دو اسکیت باز روی یخ دستان یکدیگر را گرفته و به هم می‌چرخند. در یک لحظه دستان یکدیگر را رها می‌کنند. آن دو از هم دور خواهند شد. به صورت مشابه، هنگامی که دو ستاره در یک منظومه دوتایی از نیروی سیاهچاله اثر می‌پذیرند، از یکدیگر جدا می‌شوند. در چنین رخدادی ممکن است یک ستاره انرژی کافی بدست آورد تا به‌طور کامل از کهکشان خارج شود – به عبارت دیگر از کهکشان به بیرون پرتاب شود.

اخترشناسان اکنون می‌دانند که ستارگان پرسرعت از این طریق متولد می‌شوند.

تئوری، مشاهدات و شبیه‌سازی

پس از انتشار مقاله پیش‌بینی هیلز، جامعه نجوم وجود ستارگان پرسرعت را یک احتمال جالب در نظر گرفت، البته بدون شواهد رصدی. این دیدگاه در سال 2005 تغییر کرد.

گروهی از محققان که در رصدخانه «MMT» در آریزونا مشغول رصد ستارگان در هاله راه شیری بودند، با رخدادی غیرمنتظره مواجه شدند. آن‌ها ستاره‌ای را رصد کردند که با سرعتی نزدیک به 2 میلیون مایل در ساعت (حدود 3.2 میلیون کیلومتر در ساعت) از راه شیری می‌گریخت. این «HVS1» اولین ستاره رصد شده با چنین سرعت بالایی بود.

مشاهدات همواره بخشی از داستان یک نظریه را بیان می‌کنند، اما برای یافتن پاسخ سوالات دیگر – مانند شرح اتفاقی که برای ستاره دیگر پس از جدایی در سرعت بالا و در اثر نیروی سیاهچاله می‌افتد – من و مشاورم به ‌شبیه‌سازی‌ها روی آوردیم. مدل‌های ما پیش‌بینی می‌کنند که ستاره دیگر در جفت، اغلب به همان شکلی که زمین به دور خورشید می‌چرخد، به دور سیاهچاله خواهد چرخید.

یکی دیگر از نتایج هیجان‌انگیز این مدل‌سازی، کشف این بود که گاهی اوقات این دو ستاره می‌توانند با یکدیگر برخورد کنند. وقتی این اتفاق می‌افتد، ستارگان ممکن است به یک ستاره بسیار پرجرم تبدیل شوند.

اگر می‌پرسید چه اتفاقی ممکن است برای سیاره‌ای که به دور یکی از این ستاره‌ها می‌چرخد، بیفتد؟ باید پاسخ دهیم که ما آن را نیز مدل‌سازی کردیم. در مقاله کوتاهی در سال 2012، من و همکارانم نشان دادیم که سیاهچاله در مرکز کهکشان ما می‌تواند سیارات را با سرعتی نزدیک به 5 درصد سرعت نور از راه شیری به سمت بیرون براند.

تا امروز، هیچ سیاره‌ای با چنین سرعت حرکتی بالایی شناسایی نشده است. اما احتمال وجود آن بسیار بالاست و ستاره‌شناسان بسیاری به دنبال یافتن آن هستند.

شهاب ممکن است داخل کهکشان باقی بماند

من و همکارانم با استفاده از داده‌های فضاپیمای «گایا» که در سال 2013 به فضا پرتاب شد، دریافتیم که برخی ستارگانی که جامعه علمی نجوم قبل‌تر آن‌ها را «ستاره‌های پرسرعت» می‌نامید، در واقع احتمالا به کهکشان راه‌ شیری متصل هستند.

اگرچه این نتیجه ممکن است ناامیدکننده به نظر برسد، اما در واقع دو نکته مهم را برای ما آشکار می‌کند. مکانیسم‌های مختلفی برای شتاب دادن به ستارگان با سرعت بالا وجود دارد. امروزه اخترشناسان هزاران ستاره پرسرعت را می‌شناسند. با این‌حال، صرفا به این دلیل که یک ستاره به سرعت در حال حرکت است، لزوما آن را به یک ستاره پرسرعت جدا شده از کهکشان راه شیری تبدیل نمی‌کند. دوم اینکه، ستارگان پرسرعت واقعی که از کهکشان راه شیری می‌گریزند، ممکن است بسیار کمیاب‌تر از چیزی باشند که پیش از این تصور می‌شد.