Een paar studies van de University of Michigan onthullen hoe sommige massieve sterren - sterren die acht of meer keer de massa van onze zon hebben - geïsoleerd raken in het universum:meestal, hun sterrenhopen schoppen ze eruit.

Massieve sterren bevinden zich meestal in clusters. Geïsoleerde massieve sterren worden veldmassieve sterren genoemd. De papers gepubliceerd door UM-studenten onderzochten de meeste van deze sterren in de Kleine Magelhaense Wolk, een dwergstelsel nabij de Melkweg.

De studies, verschijnen in hetzelfde nummer van Het astrofysische tijdschrift , onthullen hoe deze veldmassieve sterren ontstaan, of zo geïsoleerd raken. Begrijpen hoe massieve veldsterren geïsoleerd raken - of ze zich nu geïsoleerd vormen of dat ze geïsoleerd raken door uit een sterrenhoop te worden geworpen - zal astronomen helpen de omstandigheden te onderzoeken waarin massieve sterren worden gevormd. Dit begrijpen en clustervorming is van cruciaal belang om te begrijpen hoe sterrenstelsels evolueren.

"Ongeveer een kwart van alle massieve sterren lijkt geïsoleerd te zijn, en dat is onze grote vraag, ", zei de recente student Johnny Dorigo Jones. "Hoe ze geïsoleerd blijken te zijn, en hoe ze daar zijn gekomen."

Dorigo Jones laat in zijn artikel zien dat de overgrote meerderheid van de veldzware sterren 'weglopers, ' of sterren uitgestoten uit clusters. Afgestudeerd student Irene Vargas-Salazar zocht naar veldmassieve sterren die zich in relatieve isolatie kunnen hebben gevormd door te zoeken naar bewijs van kleine clusters om hen heen. Dat betekent dat deze relatief geïsoleerde sterren samen met deze kleinere sterren gevormd kunnen zijn. Maar ze vond maar heel weinig van deze vage clusters.

"Omdat massieve sterren veel materiaal nodig hebben om zich te vormen, er zijn meestal veel kleinere sterren om hen heen, "Zei Vargas-Salazar. "Mijn project vraagt ​​specifiek hoeveel van deze veldzware sterren zich in het veld hadden kunnen vormen."

Dorigo Jones onderzocht hoe veldmassieve sterren uit clusters worden weggeslingerd. Hij kijkt naar de twee verschillende mechanismen die weglopers produceren:dynamische ejectie en binaire supernova-ejectie. In de eerste, de massieve sterren worden uit hun clusters gestoten - tot wel een half miljoen mijl per uur - vanwege onstabiele orbitale configuraties van stellaire groepen. In de seconde, een massieve ster wordt uitgeworpen wanneer een dubbelster één ster heeft die explodeert en zijn metgezel de ruimte in schiet.

"Door de snelheden en de massa's van onze sterren te hebben, we kunnen de verdelingen van die parameters vergelijken met de modelvoorspellingen om de bepaalde bijdragen van elk van de uitwerpmechanismen te bepalen, ' zei Dorigo Jones.

Hij ontdekte dat dynamische ejecties - ejecties veroorzaakt door onstabiele orbitale configuraties - ongeveer 2 tot 3 keer talrijker waren dan supernova-ejecties. Maar Dorigo Jones vond ook de eerste waarnemingsgegevens die aantonen dat een groot deel van de veldmassieve sterren afkomstig was van een combinatie van zowel dynamische als supernova-ejecties.

"Deze zijn in het verleden bestudeerd, maar we hebben nu de eerste observatiebeperkingen gesteld aan het aantal van deze weglopers in twee stappen, " zei hij. "De manier waarop we tot die conclusie komen, is dat we in wezen zien dat de sterren die de supernova-ejecties in onze steekproef volgen, een beetje te talrijk en te snel zijn in vergelijking met de modelvoorspellingen. Je kunt je voorstellen dat dit wordt verholpen door deze sterren opnieuw te versnellen bij een supernova-kick, eerst dynamisch uitgeworpen."

De onderzoekers ontdekten dat mogelijk tot de helft van de sterren waarvan eerst werd gedacht dat ze afkomstig waren van supernova-ejecties, eerst dynamisch werden uitgeworpen.

De bevindingen van Vargas-Salazar ondersteunen ook het idee dat de meeste veldzware sterren weglopers zijn, maar ze keek naar tegengestelde omstandigheden:ze zocht naar veldmassieve sterren die zich in relatieve isolatie vormden in kleine clusters van kleinere sterren, waar de massieve doelster is, het topje van de ijsberg genoemd, of TIB-clusters. Ze deed dit met behulp van twee algoritmen, "vrienden van vrienden" en "naaste buren, " om te zoeken naar die clusters rond 310 veldzware sterren in de Kleine Magelhaense Wolk.

Het "vrienden-van-vrienden"-algoritme meet de getalsdichtheid van sterren door te tellen hoeveel sterren er op een bepaalde afstand van de doelster zijn en vervolgens hetzelfde te doen voor die sterren. Hoe dichter de sterren opeengepakt zijn, hoe groter de kans dat het een cluster is. Het "dichtstbijzijnde buren"-algoritme meet de aantaldichtheid van sterren tussen de doelster en de dichtstbijzijnde 20 metgezellen. Hoe compacter en dichter de groep, hoe groter de kans dat het clusters zijn, Vargas-Salazar zei.

Met behulp van statistische tests, Vargas-Salazar vergeleek deze waarnemingen met drie random-field datasets en vergeleek de bekende weggelopen massieve sterren met niet-weggelopen sterren. Ze ontdekte dat slechts enkele van de veldmassieve sterren TIB-clusters om zich heen leken te hebben, wat suggereert dat er maar heel weinig daadwerkelijk in het veld zijn gevormd. De rest van de veldsterren moet zijn ontstaan ​​als weglopers.

"Uiteindelijk, we toonden aan dat 5% of minder van de sterren TIB-clusters had. In plaats daarvan, onze bevindingen impliceren dat de meerderheid van de sterren in veldmonsters weglopers kunnen zijn, "Zei Vargas-Salazar. "Onze bevindingen ondersteunen eigenlijk het resultaat dat Johnny vond, verpakt in een nette kleine strik."

De bevindingen van Vargas-Salazar bieden een deel van het antwoord op de vraag hoe massieve sterren ontstaan, zegt Sally Oey, senior auteur van beide artikelen en professor in de astronomie aan de U-M.

"Het werk van Johnny en Irene is de keerzijde van dezelfde medaille, Oey zei. "Irene's aantallen komen overeen met die van Johnny, in die zin dat de overgrote meerderheid van de massieve sterren in het veld weglopers zijn, maar dat zijn er een paar niet. Dit is een cruciale bevinding om te begrijpen hoe massieve sterren en clusters zich vormen, en onder welke voorwaarden."