En snabbrörlig stjärna kan ha kastats ut från Vintergatans stjärnskiva av en klunga unga stjärnor, enligt forskare från University of Michigan som säger att stjärnan inte härstammar från mitten av galaxen, som tidigare trott av astronomer.

"Denna upptäckt förändrar dramatiskt vår syn på ursprunget till snabbrörliga stjärnor, sa Monica Valluri, en forskarprofessor vid institutionen för astronomi vid U-M:s Litteraturhögskola, Vetenskap, och konsterna. "Det faktum att banan för denna massiva snabbrörliga stjärna har sitt ursprung i skivan snarare än i det galaktiska centrumet indikerar att de mycket extrema miljöer som behövs för att skjuta ut snabbrörliga stjärnor kan uppstå på andra platser än runt supermassiva svarta hål."

Att producera en stjärna i snabb rörelse kräver mycket energi, finns vanligtvis i extrema miljöer, sa Valluri.

Vintergatan innehåller tiotals miljarder stjärnor, de flesta är fördelade i en pizzaliknande struktur som kallas stjärnskivan. Under 2005, astronomer upptäckte först snabbrörliga stjärnor som rör sig mer än dubbelt så snabbt som de flesta andra stjärnor - mer än 1 miljon miles per timme, eller 500 kilometer per sekund (310 miles/sekund), jämfört med resten av galaxen där stjärnor i genomsnitt är lite mer än 200 km/sek (124 miles/sekund).

Mindre än 30 av dessa extremt snabbrörliga stjärnor (allmänt kallade "hyperhastighetsstjärnor") har hittills upptäckts.

När dubbelstjärnor – ett par stjärnor som kretsar runt varandra medan de rör sig genom en galax – passerar för nära ett svart hål, den fångar en av binärstjärnorna, och den andra slungas ut i en "gravitationsslunga". För att ta fram de typer av hastigheter astronomer mäter för stjärnor med hyperhastighet, det svarta hålet måste vara väldigt massivt.

För det finns bevis på att det finns ett supermassivt hål i mitten av Vintergatan, många astronomer tror att majoriteten av hyperhastighetsstjärnorna kastades ut av detta supermassiva svarta hål.

Valluri och U-M postdoktorala forskaren Kohei Hattori var intresserade av att spåra banan för LAMOST-HVS1, en massiv snabbrörlig stjärna som är närmare solen än någon annan hyperhastighetsstjärna, för att peka ut var i Vintergatan den kastades ut. De använde ett av Magellan-teleskopen i Chile för att bestämma stjärnans avstånd och hastighet.

Hattori anslöt sig sedan till en grupp internationella forskare som samlades i New York förra året för att delta i ett hackathon för att ladda ner, dela och analysera data från Europeiska rymdorganisationens rymduppdrag Gaia, ett rymdastrometriuppdrag för att göra den största, mest exakta tredimensionella kartan över Vintergatan.

Med hjälp av stjärnans nuvarande plats och aktuella hastighet härledd från Gaia och Magellan, astronomerna kunde spåra dess väg tillbaka, eller bana. Till deras förvåning, det verkar som att stjärnan kastades ut från stjärnskivan, och inte från Vintergatans centrum.

"Vi trodde att den här stjärnan kom från det galaktiska centrumet. Men om du tittar på dess bana, det är tydligt att det inte är relaterat till det galaktiska centret, sa Hattori. "Vi måste överväga andra möjligheter för stjärnans ursprung."

Författarna har en teori om att utstötningen av denna massiva stjärna från stjärnskivan kan vara resultatet av att stjärnan upplever ett nära möte med flera massiva stjärnor eller ett svart hål med mellanmassa i en stjärnhop.

Även om massiva skenande stjärnor som har kastats ut från stjärnhopar med hastigheter på 40-100 km/s (25-62 miles/sekund) har varit kända under lång tid, ingen har observerats med den extrema utstötningshastighet som behövs för att förklara LAMOST-HVS1. Teoretiska modeller för skenande stjärnor som inkluderar multipelmassiva stjärnor producerar också mycket sällan sådana extrema hastigheter, vilket tyder på en mer exotisk möjlighet – ett svart hål med mellanmassa.

Stjärnans beräknade bana har sitt ursprung på en plats i Normas spiralarm som inte är associerad med tidigare kända massiva stjärnhopar. Men om denna hypotetiska stjärnhop finns, den kan vara gömd bakom dammet i stjärnskivan. Om den hittas, det skulle ge den första möjligheten att direkt upptäcka ett svart hål med mellanmassa i Vintergatans stjärnskiva.

Också, det faktum att denna stjärna kan kastas ut från en massiv stjärnhop i stjärnskivan antyder möjligheten att många andra snabbrörliga stjärnor också kan ha kastats ut från sådana stjärnhopar, säger forskarna.

Både Vintergatan och Stora Magellanska molnet (en separat liten galax, som kretsar runt Vintergatan) är kända för att ha några massiva stjärnhopar som kan vara viktiga utstötare av snabbrörliga stjärnor, i motsats till den allmänt accepterade uppfattningen att de kastades ut genom interaktioner med de centrala svarta hålen i en av dessa galaxer.

Detta skulle också leda till nya insikter om stjärnors interaktioner och möjlig bildning av svarta hål med mellanmassa i stjärnhopar, säger forskarna.

Förutom Valluri och Hattori, författare inkluderade UM:s Guillaume Mahler; Norberto Castro från UM och Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam, Tyskland; Ian Roederer från U-M och Joint Institute for Nuclear Astrophysics-Center for the Evolution of the Elements; och Gourav Khullar från University of Chicagos Kavli Institute of Cosmological Physics.

Deras resultat publiceras i det aktuella numret av Astrofysisk tidskrift .