Nedobrovolně vyhoštění ze svých vesmírných domovů: Hvězdy, hvězdokupy i celé galaxie

Před deseti lety astronomové jen nevěřícně kroutili hlavou, když objevili první hvězdu prchající z Mléčné dráhy rychlostí 2,4 milionu kilometrů za hodinu. Jestliže ovšem může být z galaxie takovou rychlostí vymrštěna stálice, může se totéž přihodit planetě? Nové výzkumy ukazují, že ano. Nejenže unikající planety existují, ale některé z nich se řítí prostorem opravdu závratně rychle. „Pokud bychom žili na takové planetě, absolvovali bychom skutečně divokou jízdu z centra Mléčné dráhy až do mezigalaktického prostoru,“ vysvětluje astrofyzik Avi Loeb z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).

Tyto superrychlé planety mají přitom stejný původ jako unikající hvězdy. Dvojhvězdná soustava se přiblíží k supermasivní černé díře v centru Galaxie a mohutná gravitace od sebe stálice odtrhne. Zatímco první se dostane na oběžnou trajektorii kolem černé díry, druhá je nesmírně rychle vymrštěna napříč Mléčnou dráhou, kterou následně opustí (pohybuje-li se vyšší rychlostí než únikovou). Planety kroužící kolem první hvězdy pak může černá díra odtrhnout a vyvrhnout obrovskou rychlostí do mrazivé temnoty mezihvězdného prostoru. Druhá stálice, jež byla z Galaxie vymrštěna, může vesmírem putovat i společně se svými planetami.

Třikrát rychleji než Slunce

Podívejme se na příklad vyvržené hvězdy. Asi před 100 miliony let se jeden trojhvězdný systém pohyboval v chaotické centrální části naší Galaxie, což výrazně změnilo jeho životní osud. Zmíněné trio se dostalo příliš blízko k obří černé díře, která jednu ze stálic zachytila a zbylé dvě doslova vymrštila mimo Mléčnou dráhu. Dramatickou událost pak doplnila ještě další hvězdná „manipulace“: dvě společně prchající stálice se spojily a vytvořily jednu mimořádně horkou modrou hvězdu.

Uvedený příběh může působit jako science fiction, ale podle astronomů pracujících s Hubbleovým dalekohledem (HST) jde o nejpravděpodobnější scénář pro tzv. hyperrychlou hvězdu, známou jako HE 0437-5439 – jednu z nejrychlejších, jaké se dosud podařilo pozorovat. Pohybuje se rychlostí 2,5 milionu kilometrů za hodinu, tj. třikrát rychleji než Slunce kolem středu Galaxie. A sledování z HST potvrdila, že tento hvězdný „utečenec“ měl původně domov v centru Mléčné dráhy.

 Většina z 20 dosud známých hvězd s mimořádně vysokou rychlostí, objevených od roku 2005, patří pravděpodobně mezi exulanty z jádra naší Galaxie. Tito vyhnanci jsou přitom v hvězdné populaci našeho vesmírného ostrova, která čítá asi 200 miliard členů, velmi vzácní. Každopádně se předpokládá, že z Mléčné dráhy už unikla více než tisícovka stálic. „Tyto hvězdy se pohybují vysokou rychlostí – až dvakrát větší, než je nutné k vymanění se z gravitačního pole naší Galaxie,“ vysvětluje Warren Brown z CfA, který první stálici prchající z Mléčné dráhy objevil právě v roce 2005.

Na cestě z hvězdokup

Fotografie pořízené pomocí HST odhalily 14 „splašených“ hvězd, jež brázdí oblasti hustého mezihvězdného plynu, přičemž vytvářejí zářivé struktury ve tvaru hrotu šípu a protáhlého ohonu svítícího plynu. Tyto „šípy“ neboli rázové vlny vznikají, když intenzivní hvězdný vítr – tedy proud částic vyvrhovaných stálicí – naráží do okolního hustého plynu. Uvedený jev připomíná rychlý člun křižující hladinu jezera.

„Myslíme si, že jsme objevili novou skupinu jasných a velmi rychle se pohybujících hvězdných vetřelců,“ uvádí astronom Raghvendra Sahai z Jet Propulsion Laboratory. Pro odborníky se přitom jedná o velké překvapení, protože nic podobného dosud nepozorovali. „Když jsem tyto fotografie uviděl poprvé, zajásal jsem. Vypadá to, jako by se hustým mezihvězdným prostředím pohyboval vysokou rychlostí projektil. Díky vynikajícím schopnostem Hubbleova dalekohledu jsme pak odhalili strukturu a tvar těchto rázových vln,“ dodává Sahai. Stáří, hmotnost a rychlost hvězdných „odpadlíků“ však mohou astronomové pouze odhadnout. Stálice se zdají být mladé – zhruba několik milionů let –, což je i důvodem jejich intenzivního hvězdného větru. 

Raghvendra Sahai objasňuje: „Tyto rychle se pohybující hvězdy byly pravděpodobně vymrštěny ze svých domovů ve velkých hvězdokupách.“ Existují přitom dva možné způsoby vypuzení stálic z místa jejich zrodu ve hvězdokupě, v níž – na rozdíl od galaxie – samozřejmě schází černá díra. V prvním případě exploduje jeden člen dvojhvězdy jako supernova, přičemž dojde k odmrštění jeho „partnera“. Jinou možnost představuje setkání dvou binárních systémů nebo srážka dvojhvězdy s třetí stálicí: jednu či více hvězd pak urychlí vzájemné gravitační působení, což může vyústit v definitivní únik z hvězdokupy.

Vyhoštěná hvězdokupa

Opustit svůj domov však mohou nejen hvězdy a planety, ale i hmotnější objekty – například právě celé hvězdokupy. Galaxie známá jako M87 přišla o kulovou hvězdokupu pohybující se nyní rychlostí více než tři miliony kilometrů za hodinu. Nově objevená hvězdokupa, kterou astronomové pojmenovali HVGC-1, se nachází na únikové dráze směrem do neznáma a jejím osudem je věčně se toulat pustým mezigalaktickým prostorem.

„Uprchlické stálice objevili astronomové již dříve, ale toto je první detekovaná kulová hvězdokupa unikající z mateřské galaxie,“ objasňuje Nelson Caldwell z CfA. Kulové hvězdokupy představují pozůstatky z raného vesmíru a obvykle obsahují tisíce až statisíce hvězd vtěsnaných do malého objemu ve tvaru koule o průměru několika desítek světelných roků. V Mléčné dráze se nachází asi 150 známých kulových hvězdokup, zatímco obří eliptická galaxie M87 jich zahrnuje několik tisíc.

 Astronomové si nejsou zcela jisti, jak mohla být HVGC-1 vyvržena z oběžné dráhy kolem středu M87 tak vysokou rychlostí. Předpokládají však, že jedna z možností závisí na tom, zda se v centru galaxie nachází dvojice supermasivních černých děr. Hvězdokupa se k nim mohla zatoulat příliš blízko, a přestože mnoho stálic bylo z jejích vnějších částí vytrženo, husté jádro zůstalo pohromadě. Dvě černé díry následně zapůsobily jako prak a vymrštily toto jádro obrovskou rychlostí z galaxie. 

 Objev objektu HVGC-1 naznačuje, že M87 skutečně obsahuje dvě superhmotné černé díry, což musí představovat důsledek dávné kolize dvou hvězdných ostrovů, které splynuly v jeden obří. Stejný osud čeká i Mléčnou dráhu, jež se během několika miliard let srazí s větší galaxií v souhvězdí Andromedy a společně vytvoří nový vesmírný objekt.

Galaxie na útěku

Astronomové tedy znají přibližně dvě desítky hvězdných uprchlíků vyvržených z galaxií a objevili také jednu vyhoštěnou kulovou hvězdokupu. Nedávno však zaznamenali 11 galaxií, které byly vymrštěny z původních lokalit na věčnou cestu prázdným prostorem! „Čeká je osiřelá budoucnost v podobě vyhnanství z kupy galaxií, přičemž si budou žít vlastním životem,“ vysvětluje Igor Chilingarian z CfA. 

Mladý astronom si původně vytkl za cíl identifikovat nové členy třídy galaxií, jež označujeme jako kompaktní elipsoidy. Jde o velmi malá hvězdná uskupení, větší než kulové hvězdokupy, avšak menší než typické galaxie: jejich průměr činí pouze několik stovek světelných let, zatímco Mléčná dráha měří v průměru asi 100 tisíc světelných roků. Kompaktní elipsoidy rovněž dosahují tisíckrát nižší hmotnosti než galaxie srovnatelné s tou naší.

TIP: Podivné chování hvězdy prozradilo černou díru skrytou v nitru hvězdokupy

Před zmíněnou studií znali astronomové pouze 30 kompaktních eliptických galaxií, jež mají „bydliště“ v galaktických kupách. Ovšem Chilingarianův výzkum vedl k identifikování téměř 200 dosud neznámých kompaktních elipsoidů, přičemž 11 z nich je naprosto izolovaných a nacházejí se daleko od galaktických kup. Objevené osamocené objekty se navíc podle zjištění pohybují mnohem rychleji než jejich „sourozenci“ v kupě galaxií. „Ptali jsme se sami sebe, jak by se dal tento problém vysvětlit. Odpověď spočívala v klasické interakci tří těles,“ konstatoval Chilingarian.

Zopakujme si: Hyperrychlé hvězdy mohou vzniknout v případě, že se dvojhvězdný systém přiblíží k černé díře v centru galaxie. Jednu stálici gravitace černé díry zachytí, zatímco druhá je obrovskou rychlostí vymrštěna pryč. Stejně tak mohl kompaktní elipsoid tvořit součást dvojice galaxií, přičemž větší z nich připravila menší kolegyni o její vnější hvězdnou obálku. Následně se do galaktického tance zapletla třetí galaxie a kompaktní elipsoid byl nenávratně vyvržen pryč.

Stamiliardy planetárních tuláků

Astronomové také objevili novou třídu planet, které osamoceně plují temným vesmírem: byly zřejmě vymrštěny ze vznikajících planetárních soustav, jsou však velmi obtížně pozorovatelné, proto se je dlouho nedařilo detekovat. Objev první z nich ovšem naznačuje, že podobných objektů může v kosmu existovat velké množství: odborníci odhadují, že se jedná až o dvojnásobek počtu hvězd. V Mléčné dráze se tak potenciálně vyskytuje několik stovek miliard planetárních tuláků, volně plujících mezihvězdným prostorem. „Náš výzkum je něco jako průzkum veřejného mínění,“ vysvětluje David Bennett z University of Notre Dame. „Prozkoumali jsme část naší Galaxie jako vzorek a na základě získaných dat můžeme odhadnout celkový počet osamělých planet.“ 

Zatím sice nebylo možné odhalit planety menší než Jupiter, avšak teorie předpokládají, že k odtržení planet o velikosti Země od mateřské hvězdy dojde mnohem snáz. Z toho vyplývá, že malé planety budou volně plout vesmírem mnohem častěji než ty srovnatelné s Jupiterem.

Chybějící planeta

Mléčná dráha tak může být doslova zaplavena planetami, které putují prostorem, místo aby spořádaně obíhaly kolem mateřských stálic. Jestliže se uvedené odhady potvrdí, pak možná zmíněná třída těles ovlivní současné teorie vzniku planet a změní naše chápání původu a šíření života ve vesmíru.

TIP: Bludné planety: Osamocení vesmírní poutníci

Nejnovější výzkumy přitom naznačují, že i Sluneční soustava měla kdysi pět obřích plynných planet místo čtyř, které známe dnes. Jde o závěr počítačových simulací, z nichž vyplývá, že pátá obří planeta byla vyvržena do mezihvězdného prostoru zhruba 500 milionů let po svém vzniku. Simulace se čtyřmi či pěti planetárními obry za různých počátečních podmínek prováděl český vědec David Nesvorný, který pracuje v americkém Southwest Research Institute. Modeloval situaci krátce po rozptýlení plynného disku v okolí Slunce a zahrnul období 100 milionů let, které je dost dlouhé, aby se planety usadily na definitivních dráhách. Výsledkem simulací bylo zjištění, že mladá Sluneční soustava o jednu velkou planetu zřejmě skutečně přišla.