С 1920-х годов сверхскоростные звезды представляют собой своеобразный инструмент для астрономов, позволяя исследовать нашу Галактику — ее гравитационный потенциал и распределение материи.
Чтобы разобраться, что делает звезду «сверхскоростной», стоит вспомнить о второй космической скорости — той, что необходима для того, чтобы навсегда покинуть гравитационное притяжение объекта. Для Земли она составляет 11,2 километра в секунду, для Солнца — 618 км/с. Для того чтобы вырваться из гравитационных объятий Млечного Пути, требуется приблизительно 550 км/с. Сверхскоростные звезды движутся еще быстрее — со скоростью от 1000 км/с и выше, что позволяет им быть гравитационно не связанными с нашей галактикой.
Откуда появляются такие космические «беглецы»? Основной механизм — гравитационная рогатка рядом с сверхмассивной черной дырой Стрелец A* в центре Млечного Пути. В 1988 году астроном Джек Хиллз выдвинул гипотезу о том, что может произойти, если двойная звездная система подойдет слишком близко к черной дыре: одна звезда будет захвачена, а другая будет выброшена с огромной скоростью. Первая такая звезда была обнаружена в 2019 году — она удалялась от центра галактики со скоростью 1755 км/с.
Сверхскоростные звезды не только подтверждают существование сверхмассивных черных дыр, но и позволяют, отслеживая их траектории, картографировать гравитационный потенциал Галактики и распределение темной материи в ее гало — обширной сферической области, окружающей галактический диск.
Команда из трех астрономов под руководством Хаочжу Фу из Пекинского университета сосредоточилась на звездах типа RR Лиры. Эти старые гигантские звезды пульсируют с периодом от 0,2 до одного дня и встречаются в толстом диске, гало Млечного Пути и шаровых скоплениях. Их истинная светимость хорошо определяется по связи между периодом пульсаций, абсолютной звездной величиной и металличностью. Зная реальную яркость звезды и ее видимый с Земли свет, можно точно вычислить расстояние до нее.
Астрономы использовали каталоги, содержащие данные о более чем 135 000 звезд типа RR Лиры, яркость которых определил космический телескоп Gaia. После тщательного отбора — в первую очередь по наличию спектроскопических данных о лучевых скоростях — у ученых осталось 165 кандидатов в сверхскоростные звезды. Дальнейший анализ кривых блеска и доплеровских смещений позволил выделить 87 наиболее надежных сверхскоростных звезд, из которых семь имели тангенциальную скорость выше 800 км/с.
