Ett par studier från University of Michigan avslöjar hur några massiva stjärnor - stjärnor som är åtta gånger eller fler gånger vår sols massa - blir isolerade i universum:oftast, deras stjärnhopar sparkar ut dem.

Massiva stjärnor finns vanligtvis i kluster. Isolerade massiva stjärnor kallas fältmassiva stjärnor. De tidningar som publicerats av U-M-studenter undersökte de flesta av dessa stjärnor i det lilla magellanska molnet, en dvärggalax nära Vintergatan.

Studierna, förekommer i samma nummer av The Astrophysical Journal , avslöja hur dessa fältstjärnor har sitt ursprung, eller bli så isolerad. Att förstå hur stora fältstjärnor blir isolerade – oavsett om de bildas isolerat eller om de blir isolerade genom att de kastas ut från en stjärnhop – kommer att hjälpa astronomer att undersöka förhållanden under vilka massiva stjärnor bildas. Att förstå detta och klusterbildning är avgörande för att förstå hur galaxer utvecklas.

"Omkring en fjärdedel av alla massiva stjärnor verkar vara isolerade, och det är vår stora fråga, " sa nyligen studerande Johnny Dorigo Jones. "Hur de visar sig vara isolerade, och hur de kom dit."

Dorigo Jones visar i sin tidning att den stora majoriteten av fältstjärnor är "flyktiga", ' eller stjärnor som kastas ut från kluster. Doktorand Irene Vargas-Salazar letade efter fältstjärnor som kan ha bildats i relativ isolering genom att leta efter bevis på små hopar runt dem. Det betyder att dessa relativt isolerade stjärnor kan ha bildats i samband med dessa mindre stjärnor. Men hon hittade väldigt få av dessa svaga klungor.

"Eftersom massiva stjärnor kräver mycket material för att bildas, det finns vanligtvis många mindre stjärnor runt dem, " Sa Vargas-Salazar. "Mitt projekt frågar specifikt hur många av dessa fältstjärnor som kunde ha bildats i fältet."

Dorigo Jones undersökte hur stora fältstjärnor stöts ut från kluster. Han tittar på de två olika mekanismerna som producerar skenande:dynamisk utstötning och binär supernovautstötning. I den första, de massiva stjärnorna kastas ut från sina hopar – med upp till en halv miljon miles per timme – på grund av stjärngruppers instabila orbitalkonfigurationer. På sekunden, en massiv stjärna kastas ut när ett binärt par har en stjärna som exploderar och skjuter sin följeslagare ut i rymden.

"Genom att ha hastigheterna och massorna av våra stjärnor, vi kan jämföra fördelningarna av dessa parametrar med modellförutsägelserna för att bestämma vissa bidrag från var och en av utstötningsmekanismerna, sa Dorigo Jones.

Han fann att dynamiska utstötningar - utstötningar orsakade av instabila orbitala konfigurationer - var cirka 2 till 3 gånger fler än supernovautstötningar. Men Dorigo Jones hittade också de första observationsdata som visar att en stor del av fältets massiva stjärnor kom från en kombination av både dynamiska och supernovautstötningar.

"Dessa har studerats i det förflutna men vi har nu satt de första observationsbegränsningarna för antalet dessa tvåstegs flyktingar, "Sättet vi når den slutsatsen på är att vi i grunden ser att stjärnorna som spårar supernovautstötningarna i vårt prov är lite för många och för snabba jämfört med modellförutsägelserna. Du kan föreställa dig att detta åtgärdas genom att dessa stjärnor accelereras på nytt vid en supernovakick, först ha blivit dynamiskt utstött."

Forskarna fann att potentiellt upp till hälften av de stjärnor som man först trodde var från supernovautstötningar först slängdes ut dynamiskt.

Vargas-Salazars fynd stöder också tanken att de flesta fältstjärnor är på flykt, men hon tittade på motsatta förhållanden:hon letade efter fältmassiva stjärnor som bildades i relativ isolering i små hopar av mindre stjärnor, där den massiva målstjärnan är, kallad "toppen av isberget, eller TIB-kluster. Hon gjorde detta med två algoritmer, "vänner-till-vänner" och "närmaste grannar, " för att söka efter dessa kluster runt 310 fältstjärnor i det lilla magellanska molnet.

Algoritmen "vänner-av-vänner" mäter antalet stjärnor genom att räkna hur många stjärnor det finns på ett specifikt avstånd från målstjärnan och sedan göra samma sak för dessa stjärnor i tur och ordning. Ju tätare stjärnorna är, desto mer sannolikt är det att det är ett kluster. Algoritmen för "närmaste grannar" mäter antalet stjärnor mellan målstjärnan och dess närmaste 20 följeslagare. Ju mer kompakt och tätare gruppen är, desto mer sannolikt är det att de är kluster, sa Vargas-Salazar.

Med hjälp av statistiska tester, Vargas-Salazar jämförde dessa observationer med tre slumpmässiga fältdatauppsättningar och jämförde de kända skenande massiva stjärnorna med icke-flyktiga. Hon fann att endast ett fåtal av fältstjärnorna verkade ha TIB-kluster runt sig, vilket tyder på att väldigt få faktiskt bildades i fältet. Balansen mellan fältstjärnorna måste ha sitt ursprung som skenande.

"I slutet, vi visade att 5 % eller mindre av stjärnorna hade TIB-kluster. Istället, våra fynd tyder på att majoriteten av stjärnorna i fältprover kan vara skenande, " Sa Vargas-Salazar. "Våra resultat stöder faktiskt resultatet som Johnny hittade, insvept i en snygg liten rosett."

Vargas-Salazars fynd ger en del av svaret på frågan om hur massiva stjärnor bildas, säger Sally Oey, senior författare på båda tidningarna och professor i astronomi vid U-M.

"Johnny och Irenes arbete är baksidorna av samma mynt, " Oey sa. "Irenes siffror stämmer överens med Johnnys i det att den stora majoriteten av fältstjärnorna är på flykt, men att några inte är det. Detta är en avgörande upptäckt för att förstå hur massiva stjärnor och hopar bildas, och under vilka förhållanden."