追踪公民科学家发现的新超高速恒星

看起来太阳是静止的，而其轨道上的行星在运动，但实际上太阳正以惊人的速度绕银河系运行，速度约为每秒220公里——相当于每小时近50万英里。

尽管速度看起来很快，但当发现一颗暗淡的红色恒星在天空中移动得更快，速度约为每小时130万英里(每秒600公里)时，科学家们注意到了。

这颗罕见的恒星是第一颗被发现的“超高速”极低质量恒星，这要归功于民间科学家和来自全国各地的天文学家团队的努力，他们使用了几台望远镜，其中包括两台位于夏威夷的望远镜——位于夏威夷岛莫纳克亚山的WMKeck天文台和位于毛伊岛哈莱阿卡拉的夏威夷大学天文研究所Pan-STARRS。它距离地球仅400光年，是已知的距离我们最近的超高速恒星。

更引人注目的是，这颗恒星可能走在一条不寻常的轨道上，这可能导致它完全离开银河系。

该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AdamBurgasser领导，最近已被《天体物理学杂志快报》接受发表，并以预印本形式在arXiv上提供。

这颗恒星被命名为CWISEJ124909+362116.0(或简称为“J1249+36”)，是由参与“后院世界：第九大行星”项目的8万多名公民科学志愿者中的一部分首次发现的，他们仔细分析了美国宇航局的广域红外巡天探测器(WISE)任务在过去14年中收集的大量数据。

艺术家模拟了CWISEJ124909+362116.0速度的一种可能解释。在这种情况下，L亚矮星可能是白矮星双星系统的一部分，最终白矮星爆炸成超新星并弹出L亚矮星。图片来源：WMKeck天文台/AdamMakarenko

该项目充分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物体时，天文学家就会进行调查。

J1249+36立刻引人注目，因为它的移动速度约为光速的0.1%。

“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的速度足够快，有可能逃离银河系，”伯加瑟说。

为了更好地了解该物体的​​性质，伯加瑟利用凯克天文台的近红外小光栅光谱仪(NIRES)测量了它的红外光谱。数据显示，该物体是一颗L亚矮星，这类恒星的质量非常小，温度比太阳低。亚矮星代表银河系中最古老的恒星。

研究团队将凯克天文台对J1249+36成分的洞察与加州大学圣地亚哥分校校友罗曼·格拉西莫夫(RomanGerasimov)创建的一组新大气模型进行了比较，后者与加州大学LEADS学者埃弗拉因·阿尔瓦拉多三世(EfrainAlvaradoIII)合作生成了专门用于研究L亚矮星的模型。

阿尔瓦拉多说：“看到我们的模型能够准确匹配凯克NIRES获得的光谱，真是令人兴奋。”

通过光谱数据以及Pan-STARRS和其他几架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。

研究人员重点关注两种可能的情况来解释J1249+36的异常轨迹。

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在非常近的轨道上运行时，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为超新星。

“在这种超新星爆发中，白矮星会被彻底摧毁，而它的伴星则会被释放出来，并以其原来的轨道速度飞走，同时还会受到超新星爆炸的一点点冲击，”伯加瑟说道。

“我们的计算表明这种假设成立。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)也已经消散，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(KyleKremer)说道：“当一颗恒星遇到一个黑洞双星时，这种三体相互作用的复杂动力学可以将该恒星抛出球状星团。”

克雷默进行了一系列模拟，发现在极少数情况下，这类相互作用会将低质量亚矮星从球状星团中踢出，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”其大气层。银河系球状星团和卫星星系中的恒星也具有独特的元素丰度模式，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。

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。