Advanced

Where do hypervelocity stars come from?

Sångberg, Linus LU (2018) In Lund Observatory Examensarbeten ASTK02 20172
Lund Observatory
Abstract
The aim of this thesis is to find where Hyper Velocity Stars (HVS) originate from. This is done by first finding the HVS, a phenomenon observed in space in which the star has a terminal velocity of more than 1000 km/s. A cross-match of stars will provide the data from two catalogues Gaia and RAVE. Then this data is used to simulate the past trajectory of the HVS and evaluate its origins.

One problem concerning the error measurements was trying to estimate the distance directly from the parallax, as the inverse parallax. Gaia, which collects data for astrometry, is dealing with extremely small angles, thus there are bound to be errors. Furthermore, when trying to transfer these error measurements for the parallax to the distance, one... (More)
The aim of this thesis is to find where Hyper Velocity Stars (HVS) originate from. This is done by first finding the HVS, a phenomenon observed in space in which the star has a terminal velocity of more than 1000 km/s. A cross-match of stars will provide the data from two catalogues Gaia and RAVE. Then this data is used to simulate the past trajectory of the HVS and evaluate its origins.

One problem concerning the error measurements was trying to estimate the distance directly from the parallax, as the inverse parallax. Gaia, which collects data for astrometry, is dealing with extremely small angles, thus there are bound to be errors. Furthermore, when trying to transfer these error measurements for the parallax to the distance, one receives an anti-symmetric error measurement on the distance which is not preferable later on doing simulations.

The issue is resolved by posing the problem correctly. Instead of a Gaussian distribution with parallax as the random variable, one could use Bayes’ rule to change the random variable to that of the distance, using information prior.

The simulations provide the trajectory of twenty possible HVS’s. In which four of these, the most interesting cases, were chosen to be evaluated further. From this set of stars, the majority of stars were either runaway stars or unbound HVS’s. The difference is that the runaway stars originate from the disc while the HVS’s originate from the galactic centre. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Vanliga stjärnor som befinner sig i våran galax har vanligtvis en ungefärlig hastighet på ett hundra kilometer per sekund, medan en hyperhastighets stjärna har en hastighet på mer än ett 350 kilometer per sekund. Där av har dem kompetensen att överstiga galaxens fly- kthastighet, vilket gör dem väldigt speciella. Detta leder till att man finner dessa extrema stjärnor allt från galaxens centrum till galaxens ytterkant, men även längre bort. Detta förser dagens forskare med ett omistligt verktyg för att upptäcka de olika egenskaperna av en galax.

Projektets syfte har att göra med att förstå hur forskare kan nyttja Gaia teleskopet, som mäter stjärnornas egenskaper, men framför allt var dessa hyperhastighets stjärnorna kommer ifrån. Ett... (More)
Vanliga stjärnor som befinner sig i våran galax har vanligtvis en ungefärlig hastighet på ett hundra kilometer per sekund, medan en hyperhastighets stjärna har en hastighet på mer än ett 350 kilometer per sekund. Där av har dem kompetensen att överstiga galaxens fly- kthastighet, vilket gör dem väldigt speciella. Detta leder till att man finner dessa extrema stjärnor allt från galaxens centrum till galaxens ytterkant, men även längre bort. Detta förser dagens forskare med ett omistligt verktyg för att upptäcka de olika egenskaperna av en galax.

Projektets syfte har att göra med att förstå hur forskare kan nyttja Gaia teleskopet, som mäter stjärnornas egenskaper, men framför allt var dessa hyperhastighets stjärnorna kommer ifrån. Ett exempel på en egenskap vore stjärnans vinkel rörelse, med avseende på våran solsystem, eller distansen till den. Detta används därefter för att observera och lokalisera hyperhastighets stjärnan, samt förutsäga dess framtida och tidigare projektilbana runt vår galax, Vintergatan, samtidigt som man undersöker deras ursprung samt Vintergatans egenskaper. Förhoppningsvis så utökas den här tekniken en dag för att inkludera andra galaxer.

För att en stjärna ska klassificeras som en hyperhastighets stjärna (HHS) så krävs inte bara att hastighets villkoret uppfylls, som nämndes innan. Även stjärnans ursprung och orsaken till dess extrema hastighet krävs. Den mest populära orsaken är ett tre kropps- system. Där den populäraste teorin där en kropp består av ett massivt svart hål (MSH), ett interställert objekt med extremt hög massa, och binära stjärnor. Som exempel, om det binära stjärnsystemet kommer inom en viss räckvidd från det MSHet. Då kommer det MSHet fånga upp ena stjärnan och accelerera den andra stjärnan upp till den hastigheten som är definierad för HHS. Denna mekanism kallas för Hills mekanism, och är endast en av många föreslagna orsaker till HHS:orna. Med denna kunskap har forskare kunnat dra en slutsats att många av HHS:orna bör komma från galaxens centrum. På grund av centrumets höga densitet av MSH.

Med detta i tankarna så finns där ett par problem som måste kringås. Man bör undvika ”falska” HHS, som kallas för ”rymlings stjärnor”. Dessa stjärnor ser ut till att vara HHS, men de brukar oftast härstamma från galaxens disc. Därför måste man självsäkert seperera på dessa två. Dessutom så har distansen en stor roll, och därför ligger det stor vikt på att den blir så korrekt så möjligt.

Hyperhastighets stjärnornas projektilabana kan tas fram, med hjälp av beräkningsfysik, genom att applicera potentialer som representerar dragningskraften som galaxen har på en HHS. Detta är en anledning till varför en HHS är ett viktigt verktyg. Till exempel, när en HHS rör sig från galaxens centrum till dess ytterkant, kan man observera interaktionerna sinsemellan galaxen och HHS:n. Detta förser oss med information angående HHS:n men även galaxen. Om tiden tillåter, så inkluderas ett ytterligare mål, där man undersöker om någon av HHS:orna kommer från en närliggande galax. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Sångberg, Linus LU
supervisor
organization
course
ASTK02 20172
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
publication/series
Lund Observatory Examensarbeten
report number
2018-EXA130
language
English
id
8935307
date added to LUP
2018-02-12 15:51:23
date last changed
2018-02-12 15:51:23
@misc{8935307,
  abstract     = {The aim of this thesis is to find where Hyper Velocity Stars (HVS) originate from. This is done by first finding the HVS, a phenomenon observed in space in which the star has a terminal velocity of more than 1000 km/s. A cross-match of stars will provide the data from two catalogues Gaia and RAVE. Then this data is used to simulate the past trajectory of the HVS and evaluate its origins.

One problem concerning the error measurements was trying to estimate the distance directly from the parallax, as the inverse parallax. Gaia, which collects data for astrometry, is dealing with extremely small angles, thus there are bound to be errors. Furthermore, when trying to transfer these error measurements for the parallax to the distance, one receives an anti-symmetric error measurement on the distance which is not preferable later on doing simulations.

The issue is resolved by posing the problem correctly. Instead of a Gaussian distribution with parallax as the random variable, one could use Bayes’ rule to change the random variable to that of the distance, using information prior.

The simulations provide the trajectory of twenty possible HVS’s. In which four of these, the most interesting cases, were chosen to be evaluated further. From this set of stars, the majority of stars were either runaway stars or unbound HVS’s. The difference is that the runaway stars originate from the disc while the HVS’s originate from the galactic centre.},
  author       = {Sångberg, Linus},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  series       = {Lund Observatory Examensarbeten},
  title        = {Where do hypervelocity stars come from?},
  year         = {2018},
}