HVGC-1: Cluster terbuang

Kami telah menemukan bintang bergerak dengan kecepatan ribuan kilometer per detik. Apakah kluster globular ini melakukan hal yang sama?

Dengan mata telanjang, bintang-bintang dan galaksi-galaksi sering terlihat seperti titik kecil cahaya. Sementara untuk banyak sumber, teleskop dapat memberikan gambar dalam detail yang hampir mengejutkan, ada banyak kasus di mana target yang menarik masih terlihat seperti pada titik di layar. Dalam kasus-kasus itu, para astronom mungkin bergantung pada spektroskopi untuk memberi mereka wawasan dasar tentang apa yang mereka lihat.

Ambil, misalnya, objek HVGC-1, yang terletak sekitar 16 juta parsec dari Bumi di Klaster Virgo galaksi. Ketika pertama kali ditemukan pada tahun 2014, posisinya di langit berarti ia bisa menjadi bintang di lingkaran Bima Sakti atau gugusan bola nakal yang dikeluarkan dari galaksi elips M87. Pengukuran kecepatan radial tampaknya menunjukkan bahwa hipotesis terakhir lebih mungkin, tetapi butuh fotometri optik dan inframerah, disertai dengan pengukuran garis hidrogen dalam spektrumnya, untuk akhirnya menutup kasus ini.

Gambar Hubble Space Telescope dari M87, bersama dengan jet yang dipancarkan dari pusatnya. Kredit gambar: NASA / Hubble.

HVGC-1 - kependekan dari High-Velocity Globular Cluster 1 - menarik karena lebih dari sekadar demonstrasi mengapa pengukuran garis spektral sangat berguna. Objek bergerak menjauh dari M87 dengan kecepatan lebih dari 2300 km / s, lebih besar dari kecepatan lepas galaksi. Ini tidak tertandingi oleh gugus globular yang ditemukan hingga saat ini, dan tampaknya menunjukkan masa lalu yang bergejolak baik untuk kluster itu sendiri maupun galaksi yang dulu disebut rumah.

Pelakunya? Sangat mungkin lubang hitam supermasif.

Spektroskopi menyerang lagi

Penemuan ini datang di tengah pencarian (Caldwell et al. 2014) untuk kluster globular menuju Virgo Cluster. Tua, padat, dan penuh dengan bintang-bintang dengan keasaman rendah, objek-objek ini dan bintang-bintang yang membentuknya mungkin setua galaksi yang mereka orbit. Formasi dan evolusi awal mereka masih menjadi topik penelitian aktif, dan sementara sampel terbaik kami dan kelompok kluster globular berada di dalam Grup Lokal, mempelajarinya dalam kelompok galaksi lain - seperti M87 - dapat membantu kami lebih memahami beberapa aspek pembentukan galaksi. .

Gambar. 1, Caldwell et al. 2014. Puncak distribusi gugus bintang dan globular jelas, dan HVGC-1 jauh dari keduanya.

Para astronom mempelajari sekitar 2.500 kandidat gugus bola dan mampu menentukan pergeseran merah - dan karenanya kecepatan radial - untuk sekitar 1.800 dari mereka. Distribusi kecepatan menunjukkan bahwa para kandidat benar-benar jatuh ke dalam tiga kategori berbeda: galaksi, kluster globular di Virgo Cluster, dan bintang-bintang latar depan di lingkaran Bima Sakti. Ketika galaksi dihilangkan dari sampel, satu titik data tetap yang jauh dari puncak bintang dan distribusi gugus bola, dengan kecepatan radial sekitar -1000 km / s - pencilan yang sangat besar. Ini menimbulkan pertanyaan: Apakah HVGC-1 adalah bintang, galaksi, gugus bola, atau yang lainnya?

Spektroskopi memungkinkan kita menentukan gerakan suatu objek di sepanjang garis pandang kita, tetapi garis spektral itu sendiri memberi kita lebih banyak informasi. Misalnya, keberadaan dan bentuk berbagai garis dapat menjadi indikator utama komposisi dan suhu bintang. Kekuatan garis juga penting, tetapi kekuatan garis dapat dikurangi dengan hal-hal seperti kepunahan dan, tentu saja, hukum kuadrat terbalik. Oleh karena itu, jika Anda ingin mencoba mengidentifikasi objek berdasarkan seberapa kuat garisnya, lebih baik untuk melihat rasio garis yang berbeda, daripada intensitas absolut.

Gambar. 3, Caldwell et al. 2014. HVGC-1 cukup jelas merupakan kluster globular.

Dalam hal ini, tim melihat dua rasio garis yang berbeda: Hγ dibagi dengan luminositas G-band, dan rasio dua jenis emisi Ca II, menggunakan garis Balmer energi tinggi. Secara umum, kluster globular M87 memiliki rasio Ca II yang jauh lebih rendah daripada cluster globular di Andromeda atau bintang lapangan. Rasio Ca II HVGC-1 adalah sekitar 0,5 - kira-kira setengah dari apa yang Anda harapkan untuk dilihat dalam bintang halo, tetapi sempurna untuk gugus bola.

Memfilter bintang-bintang

Diagnostik utama lainnya yang digunakan untuk memisahkan objek dari kemungkinan bintang latar depan adalah fotometri sederhana. Dalam sebuah survei terhadap Virgo Cluster yang dirilis awal tahun itu, yang disebut The Next Generation Virgo Cluster Survey-Infrared (NGVS-IR), Muñoz et al. 2014 telah menemukan cara cerdas untuk membedakan gugus bola dari bintang dengan membandingkan fotometri dari berbagai filter. Mengambil pengukuran luminositas dalam pita K, u, dan i (masing-masing berpusat pada 2190, 365, dan 806 nm), mereka memplot ik terhadap ui, dan mengidentifikasi sejumlah wilayah dalam apa yang disebut diagram uiK, termasuk garis bintang dan gugus bola.

Fig. 14, Muñoz et al. 2014. Dua garis tetangga dari bintang sekuens utama dan gugus bola sangat padat.

Tim NGVS-IR secara khusus mempelajari M87, membuat penemuan mereka alat yang sangat berguna untuk Caldwell et al., Yang mencari beberapa bukti lagi bahwa HVGC-1 adalah gugus bola. Diagram uiK mereka tidak mengecewakan, dan objek target jatuh dengan indah ke dalam urutan cluster globular, seperti yang diharapkan.

Gambar. 2, Caldwell et al. 2014

Antara fotometri dan analisis rasio garis, tampaknya kelompok itu secara definitif mengklasifikasikan HVGC-1 sebagai gugus bola, bergerak dengan kecepatan luar biasa 2.300 km / detik relatif terhadap M87. Sebuah perhitungan cepat menunjukkan bahwa kecepatan ini jauh lebih besar daripada kecepatan pelarian galaksi, menunjukkan bahwa gugus bola akan segera meninggalkannya, serta Cluster Virgo secara keseluruhan. Kita memang melihat sejumlah bintang bergerak seperti ini di Bima Sakti yang disebut bintang hypervelocity (saya menulis tentang kasus yang menarik, HE 0437-5439, awal tahun ini!). Bintang-bintang ini diperkirakan telah mencapai kecepatan luar biasa setelah bertemu dengan Sagitarius A *, lubang hitam supermasif di pusat galaksi. Mungkinkah hal serupa terjadi dengan HVGC-1?

Lubang hitam dan kluster bayi

Gagasan pertemuan kekerasan dengan lubang hitam supermasif adalah ide yang menggoda yang akan menyiratkan sejarah kekerasan untuk M87. Agar suatu benda dikeluarkan dari suatu sistem, setidaknya harus ada tiga benda yang terlibat. Bintang hypervelocity sering dilucuti dari teman biner - tubuh ketiga yang terlibat - ketika mereka bertemu lubang hitam supermasif, tetapi binarity itu sangat tidak mungkin untuk cluster globular! Para astronom mengusulkan modifikasi pengaturan, di mana dua lubang hitam supermasif berjarak tidak lebih dari beberapa parsec terpisah dapat memberikan dorongan yang diperlukan untuk mengirim HVGC-1 ke ruang intergalaksi. Perjumpaan seperti itu akan menghilangkan sebagian besar bintang gugus bola dunia, hanya menyisakan intinya yang padat.

Ada dukungan untuk ide ini. Sementara M87 hanya memiliki satu lubang hitam supermasif, itu mengimbangi dari pusat, yang dapat menunjukkan bahwa lubang hitam adalah hasil dari penggabungan biner. Gelombang gravitasi dari peristiwa tersebut dapat dipancarkan secara anisotropis, mendorong sisa dari pusat galaksi. Kami memiliki bukti bahwa hal yang sama terjadi pada quasar 3C 186.

Bintang-bintang hypervelocity seperti HE 0437–5439 dapat berupa sisa-sisa sistem biner atau bintang tiga. Kredit gambar: NASA.

Yang mengatakan, seperti yang hampir selalu terjadi, ada penjelasan lain untuk kecepatan aneh. Satu kemungkinan yang dipertimbangkan kelompok ini adalah interaksi antara galaksi di Cluster Virgo bisa saja dilucuti dari M87 - HVGC-1 di antara mereka. Namun, distribusi yang diamati dari objek kandidat lain di M87 tidak meluas sejauh kecepatan relatif yang diukur 2.300 km / dt, artinya HVGC-1 masih akan menjadi pencilan. Kemungkinan lain adalah bahwa HVGC-1 adalah pendamping galaksi kerdil "subhalo" yang mengorbit M87, yang tergeser melalui interaksi tiga tubuh. Namun, sekali lagi, ini tidak akan menghasilkan kecepatan yang diperlukan.

Akhirnya, tim mempertimbangkan situasi lain terkait biner lubang hitam supermasif. Mengingat betapa padatnya HGVC-1, tampaknya mungkin itulah yang sebenarnya disebut sistem bintang hypercompact - lubang hitam supermasif yang dikelilingi oleh sekelompok bintang, semuanya dikeluarkan dari sistem biner lubang hitam di pusat galaksi melalui gelombang gravitasi emisi. Namun, logam yang diukur dari gugus sangat tidak setuju dengan teori - dan, sekali lagi, begitu pula kecepatannya.

Para astronom masih menyukai ide penggabungan biner lubang hitam supermasif - prospek yang menarik, karena merger tersebut dapat dideteksi oleh sistem seperti pengaturan waktu pulsar. Jika kita memang mengamati M87 lama setelah peristiwa seperti itu, mungkin ada tanda-tanda lain dalam populasi bintang yang dekat dengan inti galaksi. Mungkin jet astrofisika yang muncul dari pusatnya dapat memberi kita petunjuk. M87 adalah galaksi yang benar-benar sangat besar, kemungkinan berkali-kali massa Bima Sakti, dengan kelompok bintang yang kaya, gugus bola, dan gas serta debu. Ini adalah target studi konstan pada berbagai panjang gelombang. Kami mungkin tidak terlalu jauh dari survei berikutnya untuk memberikan bukti tentang masa lalu yang aneh dari HVGC-1.