孤星状态：追踪一颗快速穿越银河系的低质量恒星

Josiah

　　看起来太阳是静止的，而其轨道上的行星在移动，但实际上太阳正以惊人的速度绕银河系公转，速度约为每秒 220 公里——几乎每小时 50 万英里。虽然速度看起来很快，但当一颗暗淡的红色恒星以明显快速的速度划过天空时，科学家们注意到了这一点。
　　在公民科学项目“后院世界：第九行星”和来自全国各地的天文学家团队的努力下，一颗罕见的超高速 L 亚矮星被发现正在银河系中穿行。更引人注目的是，这颗恒星的轨道可能使它完全离开银河系。这项研究由加州大学圣地亚哥分校天文学和天体物理学教授亚当·伯加瑟 (Adam Burgasser) 领导，在威斯康星州麦迪逊举行的美国天文学会 (AAS) 第 244 届全国会议的新闻发布会上进行了介绍。
　　这颗恒星被命名为 CWISE J124909+362116.0（“J1249+36”），最早是由参与“后院世界：第九行星”项目的 8 万多名公民科学志愿者中的一些人发现的，他们仔细研究了美国宇航局广域红外巡天探测器 (WISE) 任务在过去 14 年收集的大量数据。该项目利用了人类敏锐的能力，人类在进化过程中被设计成能够以计算机技术无法比拟的方式寻找模式和发现异常。志愿者在数据文件中标记移动物体，当足够多的志愿者标记同一个物体时，天文学家就会进行调查。
　　J1249+36 因其在天空中移动的速度而立即引人注目，最初估计约为每秒 600 公里（每小时 130 万英里）。以这样的速度，这颗恒星足以摆脱银河系的引力，使其成为一颗潜在的“超高速”恒星。
　　为了更好地了解该物体的​​性质，伯加瑟求助于位于夏威夷莫纳克亚山的 WM 凯克天文台测量其红外光谱。这些数据表明，该物体是一颗罕见的 L 亚矮星——一类质量和温度极低的恒星。亚矮星代表银河系中最古老的恒星。
　　对 J1249+36 成分的深入了解得益于加州大学圣地亚哥分校校友罗曼·格拉西莫夫 (Roman Gerasimov) 创建的一组新大气模型，他与加州大学 LEADS 学者埃弗拉因·阿尔瓦拉多三世 (Efrain Alvarado III) 合作生成了专门用于研究 L 亚矮星的模型。
　　在美国天文学会会议上展示其建模工作的阿尔瓦拉多表示：“看到我们的模型能够准确匹配观测到的光谱，我们感到非常兴奋。”
　　通过光谱数据和几台地面望远镜的图像数据，研究小组能够精确测量 J1249+36 在太空中的位置和速度，从而预测其在银河系中的轨道。
　　“这就是该源变得非常有趣的地方，因为它的速度和轨迹表明它移动得足够快，有可能逃离银河系，”伯加瑟说。
　　对 L 型亚矮星 CWISE J124909+362116.0 速度的可能解释的模拟显示，它是一对白矮星双星的一部分，最终白矮星爆炸成超新星。图片来源：Adam Makarenko / WM 凯克天文台
　　是什么让这位明星如此兴奋？
　　研究人员重点研究了两种可能的情况来解释 J1249+36 不寻常的轨迹。在第一种情况下，J1249+36 最初是一颗白矮星的低质量伴星。白矮星是耗尽核燃料并消亡的恒星的残余核心。当恒星伴星与白矮星的轨道非常接近时，它可以转移质量，导致周期性爆发，称为新星。如果白矮星聚集了太多质量，它就会坍缩并爆炸成超新星。
　　“在这种超新星爆炸中，白矮星被彻底摧毁，因此它的伴星被释放出来，以原来的轨道速度飞走，再加上超新星爆炸的一点冲击力，”伯加瑟说。“我们的计算表明这种情况是可行的。然而，白矮星已经不复存在，爆炸的残余物（可能发生在几百万年前）已经消散，所以我们没有确凿的证据证明这就是它的起源。”
　　在第二种情况下，J1249+36 最初是球状星团的成员，球状星团是一个紧密结合的恒星群，其独特的球形形状一眼就能辨认出来。据预测，这些星团的中心将包含各种质量的黑洞。这些黑洞也可以形成双星，而这种系统对于任何碰巧离它们太近的恒星来说都是很好的弹射器。
　　加州大学圣地亚哥分校天文与天体物理系即将上任的助理教授凯尔·克雷默 (Kyle Kremer) 解释说：“当一颗恒星遇到黑洞双星时，这种三体相互作用的复杂动力学可能会将该恒星直接抛出球状星团。”克雷默进行了一系列模拟，发现在极少数情况下，此类相互作用可以将低质量亚矮星抛出球状星团，其轨迹与 J1249+36 的观测轨迹相似。
　　“它证明了一个概念，”克莱默说，“但我们实际上并不知道这颗恒星来自哪个球状星团。”追溯 J1249+36 的过去，它位于天空中一个非常拥挤的区域，可能隐藏着未被发现的星团。
　　为了确定这两种情况或其他机制是否可以解释 J1249+36 的轨迹，Burgasser 表示，研究小组希望更仔细地观察其元素组成。例如，当一颗白矮星爆炸时，它会产生重元素，这些重元素可能会在 J1249+36 逃逸时“污染”它的大气层。银河系球状星团和卫星星系中的恒星也具有独特的丰度模式，这可能揭示 J1249+36 的起源。
　　“我们本质上是在寻找一种化学指纹，以便精确定位这颗恒星来自哪个系统，”格拉西莫夫说道，他的建模工作使他能够测量几个球状星团中冷恒星的元素丰度，他也将在美国天文学会会议上展示这项工作。
　　无论J1249+36的快速旅程是由于超新星爆发、偶然遇到黑洞双星还是其他原因，它的发现为天文学家提供了一个了解银河系历史和动态的新机会。