En grupp astronomer har visat att de snabbast rörliga stjärnorna i vår galax – som färdas så snabbt att de kan fly från Vintergatan – i själva verket är på flykt från en mycket mindre galax i omloppsbana runt vår egen.

Forskarna, från University of Cambridge, använde data från Sloan Digital Sky Survey och datorsimuleringar för att visa att dessa stjärnsprintrar har sitt ursprung i det stora magellanska molnet (LMC), en dvärggalax i omloppsbana runt Vintergatan.

Dessa snabbrörliga stjärnor, kända som hyperhastighetsstjärnor, kunde fly från sitt ursprungliga hem när explosionen av en stjärna i ett binärt system fick den andra att flyga iväg med sådan hastighet att den kunde fly från LMC:s gravitation och absorberas i Vintergatan. Resultaten publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , och kommer att presenteras idag (5 juli) på National Astronomy Meeting i Hull.

Astronomer trodde först att hyperhastighetsstjärnorna, som är stora blå stjärnor, kan ha fördrivits från Vintergatans centrum av ett supermassivt svart hål. Andra scenarier som involverar sönderfallande dvärggalaxer eller kaotiska stjärnhopar kan också förklara dessa stjärnors hastigheter, men alla tre mekanismerna förklarar inte varför de bara finns på en viss del av himlen.

Hittills, ungefär 20 hyperhastighetsstjärnor har observerats, mestadels på norra halvklotet, även om det är möjligt att det finns många fler som bara kan observeras på södra halvklotet.

"Tidigare förklaringar till uppkomsten av hyperhastighetsstjärnor tillfredsställde mig inte, sa Douglas Boubert, doktorand vid Cambridges Institute of Astronomy och tidningens huvudförfattare. "Hyperhastighetsstjärnorna finns mestadels i konstellationerna Leo och Sextans - vi undrade varför det är så."

En alternativ förklaring till uppkomsten av hyperhastighetsstjärnor är att de rymmer från ett binärt system. I binära stjärnsystem, ju närmare de två stjärnorna är, desto snabbare kretsar de om varandra. Om en stjärna exploderar som en supernova, den kan bryta upp binären och den återstående stjärnan flyger iväg med den hastighet den kretsade runt. Den flyende stjärnan är känd som en flykt. Förrymda stjärnor med ursprung i Vintergatan är inte tillräckligt snabba för att ha hyperhastighet eftersom blå stjärnor inte kan kretsa tillräckligt nära utan att de två stjärnorna smälter samman. Men en snabbrörlig galax kan ge upphov till dessa snabba stjärnor.

LMC är den största och snabbaste av dussintals dvärggalaxer i omloppsbana runt Vintergatan. Den har bara 10% av Vintergatans massa, och så kan de snabbaste flyktingar som föddes i denna dvärggalax lätt undkomma sin gravitation. LMC flyger runt Vintergatan i 400 kilometer per sekund och, som en kula från ett tåg i rörelse, hastigheten för dessa skenande stjärnor är hastigheten de kastades ut med plus hastigheten för LMC. Detta är tillräckligt snabbt för att de ska vara hyperhastighetsstjärnorna.

"De här stjärnorna har precis hoppat från ett snabbtåg - inte konstigt att de är snabba, " sa medförfattaren Rob Izzard, en Rutherford-stipendiat vid Institute of Astronomy. "Detta förklarar också deras position på himlen, eftersom de snabbaste rysningarna kastas ut längs LMC:s omloppsbana mot konstellationerna Leo och Sextans."

Forskarna använde en kombination av data från Sloan Digital Sky Survey och datorsimuleringar för att modellera hur hyperhastighetsstjärnor kan fly LMC och hamna i Vintergatan. Forskarna simulerade födelsen och döden av stjärnor i LMC under de senaste två miljarderna åren, och noterade varje skenande stjärna. De skenande stjärnornas omloppsbana efter att de sparkats ut ur LMC följdes sedan i en andra simulering som inkluderade gravitationen av LMC och Vintergatan. Dessa simuleringar gör det möjligt för forskarna att förutsäga var på himlen vi skulle förvänta oss att hitta skenande stjärnor från LMC.

"Vi är de första som simulerar utstötningen av skenande stjärnor från LMC - vi förutspår att det finns 10, 000 flyktingar spridda över himlen, " sa Boubert. Hälften av de simulerade stjärnorna som undkommer LMC är tillräckligt snabba för att undkomma Vintergatans gravitation, vilket gör dem till hyperhastighetsstjärnor. Om de tidigare kända hyperhastighetsstjärnorna är skenande stjärnor skulle det också förklara deras position på himlen.

Massiva blå stjärnor avslutar sina liv genom att kollapsa till en neutronstjärna eller ett svart hål efter hundratals miljoner år och skenande stjärnor är inte annorlunda. De flesta av de skenande stjärnorna i simuleringen dog "i flykten" efter att ha blivit utsparkade från LMC. Neutronstjärnorna och svarta hålen som är kvar bara fortsätter på sin väg och så, tillsammans med de 10, 000 skenande stjärnor, forskarna förutspår också en miljon flyktiga neutronstjärnor och svarta hål som flyger genom Vintergatan.

"Vi kommer snart att veta om vi har rätt, " sa Boubert. "Europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit kommer att rapportera data om miljarder stjärnor nästa år, och det borde finnas ett spår av hyperhastighetsstjärnor över himlen mellan konstellationerna Leo och Sextans i norr och LMC i söder."