一颗罕见超高速恒星或将挣脱银河系束缚

新的研究发现，在公民科学家的协助下所发现的一个物体，在银河系中移动的速度极快，以至于它有可能逃脱星系的引力，进而抵达星系际空间。

该物体可能是一颗微弱的红矮星，其速度约为每小时 130 万英里（每秒 600 公里），疾驰而过。

据一组天文学家和公民科学家所言，如果得以证实，该物体将会是已知的第一颗“超高速”极低质量恒星，他们的研究已被《天体物理学杂志快报》接收并发表。

圣母大学物理与天文学系的博士后研究员、也是该研究的合著者罗曼·格拉西莫夫（Roman Gerasimov）说道：“低质量恒星比高质量恒星要多得多，因为恒星形成更倾向于质量较低的天体，而质量较大的恒星寿命更短。但低质量恒星更难探测，因为它们温度更低，亮度更暗。”

他表示，超高速恒星于 1988 年首次在理论上被认为存在，并于 2005 年被发现，它们已然极为罕见，这使得这一新发现“特别令人兴奋”。

参与名为后院世界：第九行星项目的志愿者最先发现了这颗名为 CWISE J124909.08+362116.0 或者简称为 J1249+36 的恒星。

后院世界的参与者从 NASA 的广域红外巡天探测器任务所收集的图像和数据中寻找模式和异常，该任务在 2009 年至 2011 年期间通过红外光绘制了天空地图。

（该航天局于 2013 年将该任务重新指定为近地天体广域红外巡天探测器，用于监测近地小行星和彗星，随后于 8 月 8 日彻底退役。）

据研究作者所述，几年前，J1249+36 让梳理数据的公民科学家们眼前一亮，原因是这颗恒星的移动速度约为光速的 0.1%。

“我难以形容那种兴奋的程度，”来自德国纽伦堡的公民科学家、该研究的合著者马丁·卡巴特尼克（Martin Kabatnik）在一份声明中说。“当我第一次看到它移动得如此之快时，我就确信它肯定已经被报道过了。”

来自多个望远镜的后续观测锁定了该天体，并帮助证实了这一发现。

“这就是这个源头变得极为有趣的所在，因为它的速度和轨迹显示，它移动得足够迅速，有逃离银河系的可能，”该研究的主要作者、加州大学圣地亚哥分校天文学和天体物理学教授亚当·伯格瑟（Adam Burgasser）在一份声明中说。

这颗恒星最初因质量低而难以归类，致使天文学家对其究竟是低质量恒星还是褐矮星产生了疑问，褐矮星是一种既非完全意义上的恒星也非行星的天体。

褐矮星的质量比行星大，但比不上恒星，参与后院世界项目的公民科学家已经发现了 4000 多个褐矮星。

但在过去的二十年里，在天文学家所观察到的“失控”超高速恒星中，没有一个褐矮星是像这样沿着能将其带出星系的轨迹快速移动的。

天文学家使用地面望远镜观测了 J1249+36，包括位于夏威夷莫纳克亚山的 W. M. 凯克天文台和位于毛伊岛哈雷阿卡拉火山的夏威夷大学天文学研究所的 Pan-STARRS 望远镜。

来自凯克天文台近红外阶梯光栅光谱仪的数据表明，这颗恒星是一颗 L 型亚矮星，也就是质量比太阳低得多且温度比太阳低的恒星。

望远镜数据显示，与其他恒星或褐矮星相比，这颗潜在恒星的金属（如铁）浓度较低。

通过结合多个望远镜的数据，天文学家确定了这颗恒星在太空中的位置和速度，从而能够预测它将在某个时候离开银河系。

但关于该天体的真实性质仍存在疑问。

“通过将其观测到的特性与恒星演化的计算机模拟进行比较，我计算出这个天体的质量约为太阳质量的 8%，”格拉西莫夫表示。

实际上，该天体的质量有可能略低于允许的恒星质量下限，这使得这个天体正好处于下限位置，这意味着该天体不是恒星，而是一颗褐矮星。

据研究作者称，揭示有关该天体的更多细节可以帮助天文学家确定它是否代表了更广泛的高速、低质量且经历了极端加速的天体群体。

了解其确切性质还有助于他们判定它何时会离开星系。

研究人员觉得，有两种可能的情形致使 J1249+36 踏上了快速路径。

研究小组称，这颗恒星极有可能是一颗白矮星的伴星，白矮星作为死亡恒星的剩余核心，已经排出了用作核燃料的气体。

“在这种超新星中，白矮星被完全摧毁，所以它的伴星被释放，并以其最初移动的任一轨道速度飞走，再加上超新星爆炸带来的一点推力，”伯格瑟说。

另一种可能性是 J1249+36 存在于球状星团里，球状星团指的是一种呈球形且紧密结合的恒星群。

“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能够直接把那颗恒星从球状星团中抛出去，”研究的合著者、即将上任的加州大学圣地亚哥分校天文学和天体物理学系助理教授凯尔·克雷默在一份声明中说。

克雷默进行了模拟，发现三体相互作用可以将一颗低质量的亚矮星从星团中撞出，并使其走上与 J1249+36 相似的轨道。

“这证明了一个概念，然而我们实际上并不清楚这颗恒星源自哪个球状星团，”克雷默说道。

格拉西莫夫对该天体是从球状星团中被抛射出来的这一想法最感兴趣，因为这类星团包含的恒星年龄超过 130 亿年。

“球状星团中的化学成分和恒星质量分布捕捉到了我们星系形成和演化的最早步骤，”他说。“然而，实际上我们对球状星团的所有了解都来自对其高质量成员的研究，因为低质量恒星和褐矮星实在太难观测了。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜近期使天文学家在一个球状星团中识别出了首批褐矮星，它们的质量与该天体相近。但截至目前，此类例子过少，难以形成更广泛的认知。

“然而，如果这颗超高速恒星确实是球状星团的前成员，那么它的存在为研究低质量星团成员开辟了一条新途径，即寻找那些被抛射出来并在太阳系附近高速移动的成员，”格拉西莫夫说。“既然我们能够找到一个例子，未来可能还会发现更多。”

研究人员表示，逆向追踪 J1249+36 迄今所走过的路径，或许会指向夜空中一个拥挤的区域，那里有尚未被发现的星团正等待着被发现。

现在，科学家们希望从这颗恒星的元素组成中了解更多线索，这可能有助于解释它是如何最终走上一条远离银河系的轨道的。

当白矮星爆炸时，它们会产生可能存在于 J1249+36 周围的重元素。同样，整个银河系球状星团中的恒星具有不同的元素模式，这相当于它们起源的独特标识。

“我们实际上是在寻找一种化学指纹，它能够确切地指出这颗恒星来自哪个系统，”格拉西莫夫说道。