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Runaway-Sterne

Eva Trausinger

Entwicklung und Aufbau der Galaxis I

WS 12/13

http://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/multimedia/gallery/pia13455.html

Inhalt

• Definition

• Entdeckung/Historisches

• Entstehungsmechanismen

• Unterscheidung zwischen Entstehungsmechanismen

• Entstehung im Halo?

• Bekannte Runaways

• Referenzen

Definition

• v > 30 km/s

• hauptsächlich Spektralklasse O, B (aber auch A, F, G)

• Begriff „Run-away“ von Greenstein (1957)

• ~ 20% aller massereichen Sterne in der Milchstraße

• Hypervelocity-Stern, wenn v > Fluchtgeschwindigkeit der Galaxis

Entdeckung/Historisches

• Blaauw & Morgan 1954:

AE-Aurigae (O9 V) und µ-Columbae (B0 V)

Blaauw and Morgan (1954)


• Blaauw & Morgan 1954: AE-Aurigae und µ-Columbae

• Blaauw 1961: 19 OB Sterne, v > 40 km/s Erste Theorie zur Entstehung: Supernova in Doppelsternsystem

Idee wurde bereits 1957 von Zwicky erwähnt

Blaauw (1961)


• Blaauw & Morgan 1954: AE-Aurigae und µ-Columbae

• Blaauw 1961: 19 OB Sterne, v > 40 km/s Erste Theorie zur Entstehung: Supernova in Doppelsternsystem

Idee wurde bereits 1957 von Zwicky erwähnt

• Weitere Entdeckungen von Runaway-Sternen, auch im Halo

Entstehungsmechanismen

• Doppelstern-Beschleunigungsmechanismus

• Dynamischer Beschleunigungsmechanismus

• Beschleunigungsmechanismus nach Hills (HV-Sterne)

Doppelstern-Beschleunigungsmechanismus

Blaauw (1961):

• Supernova von massereicheren Stern (von Zwicky bereits 1957 vorgeschlagen)

• Masseverlust geringere gravitative Bindung

• vejection ≈ 50-100% d. Bahngeschwindigkeit (30-100 km/s)

• hohe Massenverlustrate, muss unter einer Umlauf-periode liegen (τ ≤ 1)


Portegies Zwart (2000):

• negative Korrelation zwischen Masse und vejection

• vejection,max < 300 km/s

Przybilla et al. (2008):


• junger B-Stern und Wolf-Rayet Stern im DSS

• Common-Envelope-Phase Erhöhung der Bahngeschwindigkeit


http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/blender_sn.gif





Annäherung im Doppelsternsystem

http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/blender_ce.gif




Dynamischer Beschleunigungsmechanismus

Poveda, Ruiz & Allen (1967):

• Dynamische Wechselwirkungen in jungem offenen Sternhaufen während Kollaps

• vejection, max ≈ 185 km/s

vejection, max durch Kollision/nahe Begegnung von zwei Doppelsternsystemen, größere Kollisionsquerschnitte


Leonard & Duncan (1990):


• negative Korrelation an Masse und vejection

• 10% Doppelsternanteil unter Runaways (heute ~ 1%)

Leonard and Duncan (1990)


Gvaramadze, Gualandris & Portegies Zwart (2009):


• Kollisionen zwischen DS und Sternen mit ≥ 50 M☉

Dynamischer Beschleunigungsmechanismus – Annäherung von Doppelsternsystemen

http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/blender_stable_triplet.gif





http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/blender_double_ejection.gif





http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/blender_no_ejection.gif




Hills-Beschleunigungsmechanismus

Hills (1988):

• Interaktionen zwischen schwach gebundenen DSS und dem zentralen Schwarzen Loch

• Slingshot: Schwarzes Loch fängt Stern ein

• Hypervelocity-Sterne mit vejection,max < 4000 km/s, da

vbreak >> vorb

• Änderung in der spez. kinet. Energie δEkin.≈ vbreak⋅ vorb

• δEkin. der DS-Komponenten > Ebind, orb, original

Hills-Beschleunigungsmechanismus

http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/blender_slingshot.gif




Zusammenfassung

• vej ~ Bahngeschwindigkeit: vej2 ≈ GMDSS/a

• Weitere Faktoren: Masse des Sekundärsterns, v0 des DSS und Richtung des ausgeworfenen Sterns relativ zu v0, Ekin und Ebind, …

• Masse des Störfaktors (SL, massereicher Stern), erhöht Ekin des DSS

Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Beschleunigungsmechanismen

• Oberflächenzusammensetzung: – DS-Beschleunigungsmechanismus:

Oberflächenzusammensetzung des Runaway-Sterns weist auf Interaktionen mit zweitem Stern hin

– Dynam. Beschleunigungsmechanismus: Runaway-Sterne sollten Oberflächenzusammensetzung wie Hauptreihensterne aufweisen

– Problem bei Unterscheidung, wenn beides zutrifft

• Entstehungsort zurückverfolgen

Entstehung im Halo?

• junge Sterne im Halo, die keinem Entstehungsort in der Scheibe zugeordnet werden können

• Neuere Studie von Silva & Napiwotzki (2011):

– Sterne mit spektroskopischen Daten (MS-Sterne oder Sterne nach der MS)

– Unterteilung in zwei Gruppen (Qualität der Analyse)

– Abstand zur Galaktischen Ebene bis zu 7 kpc

– Raumgeschwindigkeiten aus Radial- und Eigengeschwindigkeit

– Integration des Orbits im galaktischen Gravitationspotential

Silva & Napiwotzki 2011

– Finale Resultate:

• Zeitpunkt, wenn Stern galaktische Ebene schneidet und

• Geschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt

Silva and Napiwotzki (2011)


3 Runaways liegen außerhalb von 2σ!

Silva and Napiwotzki (2011)


Mögliche Ursachen:

– Vermischung der Elemente im Stern durch extrem hohe Rotation (Bsp. Be-Sterne, nahe vrot, crit)

– Metallizität geringer als Z☉, längere Verweildauer auf MS

– Blue Stragglers (sehr selten)

– Fehler in der Analyse der Sternatmosphären

– Fehler in der gemessenen Eigenbewegung

– Entstehung im Halo? SB s357: Spektrum mit höchster Auflösung

HE 0437-5439

• schnellster HV-Stern der Milchstraße

• v ≈ 700 km/s

• ursprünglich Dreifach-Stern- System

• Auswurf aus MWG durch zentrales SL

• Merging zum Blue Straggler

• Flugzeit 100 Myr

• 16° von LMC entfernt

• Heliozentrische Distanz: 61 kpc

http://www.nasa.gov/images/content/470404main_i1019by.jpg

http://skyweek.files.wordpress.com/2010/11/nebul2.jpg?w=450&h=322

ae Aurigae

HE 0437-5439

http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/runaway-star.html

α Camelopardalis


Referenzen Blaauw, A. and Morgan, W. W. 1954. The space motions of AE Aurigae and µ Columbae with respect to the Orion

nebula. Astrophysical Journal, vol. 119, p.625.

Blaauw, A. 1961. On the origin of the O- and B-type stars with high velocities (the „Run-away“ stars), and some related problems. Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands, Vol. 15, p.265.

Brown, W. R., Anderson, J., Gnedin, O. Y., Bond, H. E., Geller, M. J., Kenyon, S. J. and Livio, M. 2010. A Galactic Origin for HE 0437-5439. The Astrophysical Journal Letters, Volume 719, Issue 1, pp. L23-L27.

Eldridge, J. J., Langer, N. and Tout, C. A. 2011. Runaway stars as progenitors of supernovae and gamma-ray bursts. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 414, Issue 4, pp. 3501-3520.

Heuser, C. 2012, Kinematische und spektroskopische Analyse von Runaway-B-Sternen (Diplomarbeit). Dr. Karl Remeis-Sternwarte Bamberg, Astronomisches Institut der Universität Erlangen-Nürnberg: S. 30-32.

Hills, J. G. 1988. Hyper-velocity and tidal stars from binaries disrupted by a massive Galactic black hole. Nature, vol. 331, p. 687-689.

Poveda, A. 2009. Runaway Stars. Then and now. Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica (Serie de Conferencias) Vol. 37, pp. 38-43.

Silva, M. D. V. and Napiwotzki, R. 2011. Ejection velocities of high Galactic latitude runaway stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 411, Issue 4, pp. 2596-2614.

Website der NASA, http://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/multimedia/gallery/pia13455.html, http://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/multimedia/gallery/pia13908.html, http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/runaway-star.html, http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/expelled-star.html, letzter Zugriff: 06.12.2012, 19:00

Homepage von Andreas Irrgang, Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/, letzter Zugriff: 05.12.2012, 11:00






http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/expelled-star.html



http://www.sternwarte.uni-erlangen.de/~irrgang/animations/



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