恒星如何从宿主星系中被抛出？
2022-10-26
网友提问：
恒星如何从宿主星系中被抛出？
精选优质答案：牛顿的万有引力定律阐明了一个事实，那就是宇宙天体系统运行都是受到引力支配的，小到太阳系大到银河系都概莫能外
而除了万有引力定律外牛顿还提出了“平方反比定律”，该定律表明引力强度和距离的平方呈反比例关系，所以在太阳系内距离太阳越近的天体受到的太阳引力就越强，绕太阳公转的速度也就越快，因为只有公转速度够快才能产生足够的“离心力”从而避免坠入太阳，同理可得距离太阳越远的天体受到的引力越弱，其公转速度也就越慢。
在太阳系内水星公转速度达到了47.89km/s，只需要87.7天就能绕太阳公转一周，而海王星的公转速度只有5.43km/s，需要164.8年才能绕太阳公转一周，我们地球公转速度30km/s，每365天绕太阳公转一周。
就像行星在引力作用下绕恒星公转一样，恒星本身也会受到星系中心位置的超大质量黑洞吸引从而绕其公转，太阳目前就在以250km/s的速度绕银河系中心黑洞人马座A*公转，每2.2亿年才能转完一圈。
直径20万光年的银河系内拥有1000亿到4000亿颗恒星，如果某颗小质量恒星位于黑洞附近或者聚星系统内，那么在黑洞运行和聚星系统绕行的过程中，小质量恒星是有可能被黑洞或者大质量恒星的“引力弹弓”给抛射出去的。
除了内部黑洞和聚星系统外，银河系在过去吞噬其他小星系时，两个星系内都会有一部分恒星被引力加速到逃逸速度，进而成为星系之外的流浪恒星。
虽然模型推演的结果表明银河系每10万年才能产生一颗超过逃逸速度的恒星，但目前天文学界认为37.5亿年后，银河系和仙女座星系的融合将会再造就一批“流浪恒星”
我们银河系中有着数千亿颗恒星，它们虽然大部分遵从于银河系的运行总趋势，但是也有一部分恒星的运行状态是比较独特的，比如有的运行速度快，有的运行速度慢，也有的在运行方向，和银河系的旋转方向并不一致，如此等等，所以银河系的外形和运行状态也是时刻都在变化着。
近日科学家们就发现一个奇特的恒星，正在以极快的速度逃离银河系，这颗编号为S5-HVS1的恒星正以惊人的600万公里/小时的速度行进，每秒钟的速度就高达1700公里，是已知速度最快的恒星，它的速度也已经超过了银河系的逃逸速度，也就是说银河系引力已经对它无能为力，它终将会从银河系中逃出，成为流浪恒星。
这颗恒星的质量大约相当于太阳的2.35倍，行程时间只有5亿年左右，距离我们大约2.9万光年，位于天鹤座，那么它为什么速度那么快呢？天文学家认为它是银河系的中心黑洞与其他恒星的引力共同作用而被甩出来的，黑洞和其他恒星是它的加速器，所以才会有如此之高的速度。
这颗恒星很可能来自于一个双星系统，这个双星系统的两颗恒星都受到了银河系中心黑洞的引力影响，并一起围绕这个黑洞运行，但是由于这个双星系统中的两颗恒星相互旋转，在某一时刻，这个逃逸恒星受到了银河系中心黑洞和另一颗恒星引力的共同作用，以至于产生了极大的飞行速度，从而脱离了银河系中心黑洞的引力，开始向着银河系的外围进发，并且终将进入银河系外的虚空之中。这一事件被认为发生了500万年前，那个时候人类还没有出现。
在我们太阳系中，月亮的运行大速度大致为每秒1公里，地球的运行速度大致为每秒29公里，太阳的运行速度大致为250公里，和S5-HVS1相比较都差得远了，因为这个恒星是太阳运行速度的6倍多。
S5-HVS1恒星所表现出来的现象也验证了天文学家们一直认为存在的一种理论，就是黑洞等大质量天体可以将双星系统中的另外一颗恒星以极高的速度甩出去，不过有得必也有失，这颗恒星在被甩出黑洞的同时，另一个给他以力量的恒星，也会被它的反作用力而更快地甩向黑洞，等于说另一颗恒星牺牲了自己，成全了它逃出黑洞的魔爪。
银河系偶尔会出一颗恒星，蓝巨星HE 0437-5439已经被抛出了银河系。这颗被抛弃的恒星以250万公里的时速运行，距离银盘面20万光年，它将注定流浪于恒星际空间。被驱逐的恒星通常被银河系中心的超大质量黑洞驱逐出去。
所讨论的恒星是一颗快速运动的恒星，或者也称为超高速恒星。超高速恒星在银河系中相当罕见。第一个发现于2005年，到目前为止，研究人员只发现了不到30个。
它们以每秒500公里的速度运行，速度是其他恒星的两倍，并且需要大量的能量来推动它们达到这个速度。
为了理解发生了什么，看看银河系的整体结构。
银河系的凸起在中心，在凸起的中心深处是我们银河系的超大质量黑洞，围绕它展开的是银河系圆盘，由银河系的旋臂组成。
当一颗恒星被踢出银河系时，它通常是恒星中的双星。科学家认为，当一对双星过于靠近超大质量黑洞及其巨大的引力时，黑洞会捕获其中一颗恒星。
另一颗恒星是用“重力弹弓”射向太空的。这黑洞必须是超级大质量的，因为只有它们有足够强大的引力来加速这些逃逸的恒星到如此高的速度。
一种可能性是不同类型的相遇。这颗失控的恒星可能与一整群其他大质量恒星相遇，并被复杂的重力相互作用抛射出去。
这种类型的相遇在过去创造了失控的恒星。恒星被抛出的速度是40-100公里/秒，但没有一颗接近这颗恒星的500公里/秒。
另一种更奇特的可能性是黑洞。银河系盘中可能还有其他中间黑洞，引力足以将恒星抛向太空，但这只是猜测。
如果它抛出HE 0437-5439，那么它是一个还没人见过的星团。这颗超高速恒星来自银河系诺玛旋臂，这个区域与任何已知的大质量星团都没有联系。
然而，那个地区被星尘遮住了。那里可能有一个质量足以抛射出恒星的星团。
如果天文学家能在那里找到一个大质量的星团，那么它可能表明所有的超高速恒星都是从与大质量星团的相遇中弹射出来的，而超大质量黑洞与此无关。
或者，巨大的星团中心可能有一个中间黑洞，强大到足以抛射出恒星。