Bintang dalam galaksi boleh dikelaskan berdasarkan kinematiknya. Sebagai contoh, bintang-bintang di Bima Sakti boleh dibahagikan kepada dua populasi umum, berdasarkan kelogamannya, atau perkadaran unsur dengan nombor atom lebih tinggi daripada helium. Di antara bintang-bintang yang berdekatan, didapati bahawa bintang populasi I dengan kemetalan yang lebih tinggi biasanya terletak dalam cakera bintang manakala bintang populasi II yang lebih tua berada dalam orbit rawak dengan putaran bersih yang sedikit.[14] Yang terakhir ini mempunyai orbit elips yang condong ke satah Bima Sakti.[14] Perbandingan kinematik bintang berdekatan juga telah membawa kepada pengenalpastian persatuan bintang. Inilah kumpulan bintang yang berkemungkinan besar yang berkongsi titik asal yang sama dalam awan molekul gergasi.[15]

Terdapat banyak cara tambahan untuk mengelaskan bintang berdasarkan komponen halajunya yang diukur, dan ini memberikan maklumat terperinci tentang sifat masa pembentukan bintang, lokasinya sekarang, dan struktur umum galaksi. Apabila bintang bergerak dalam galaksi, potensi graviti terlicin semua bintang lain dan jisim lain dalam galaksi memainkan peranan yang dominan dalam menentukan gerakan bintang.[16] Kinematik bintang boleh memberikan pandangan tentang lokasi di mana bintang terbentuk dalam galaksi. Pengukuran kinematik bintang individu boleh mengenal pasti bintang yang merupakan luar biasa seperti bintang berkelajuan tinggi yang bergerak lebih pantas daripada jirannya yang berdekatan.

Bintang berkelajuan tinggi

Bergantung pada takrifan, bintang berkelajuan tinggi ialah bintang yang bergerak lebih laju daripada 65 km/s hingga 100 km/s berbanding dengan pergerakan purata bintang lain dalam kejiranan bintang itu. Halaju juga kadangkala ditakrifkan sebagai relatif supersonik kepada medium antara bintang di sekelilingnya. Tiga jenis bintang berkelajuan tinggi ialah: bintang lari, bintang halo dan bintang hiperhalaju. Bintang berkelajuan tinggi telah dikaji oleh Jan Oort, yang menggunakan data kinematik mereka untuk meramalkan bahawa bintang berkelajuan tinggi mempunyai halaju tangen yang sangat sedikit.[17]

Bintang yang melarikan diri

Empat bintang lari bergerak melalui kawasan gas antara bintang yang padat dan mencipta gelombang haluan terang dan ekor gas bercahaya yang mengekori. Bintang-bintang dalam imej Teleskop Angkasa Hubble NASA ini adalah antara 14 bintang muda yang melarikan diri yang dikesan oleh Kamera Lanjutan untuk Tinjauan antara Oktober 2005 dan Julai 2006.

Bintang lari ialah bintang yang bergerak melalui angkasa dengan halaju tinggi yang luar biasa berbanding dengan medium antara bintang di sekelilingnya. Gerakan wajar bagi bintang yang melarikan diri selalunya menghala jauh dari persatuan bintang, yang mana bintang itu pernah menjadi ahli, sebelum ia dilontarkan keluar.

Mekanisme yang boleh menimbulkan bintang lari termasuk:

• Interaksi graviti antara bintang dalam sistem bintang boleh mengakibatkan pecutan besar satu atau lebih bintang yang terlibat. Dalam sesetengah kes, bintang mungkin dikeluarkan.[18] Ini boleh berlaku dalam sistem bintang yang kelihatan stabil dengan hanya tiga bintang, seperti yang diterangkan dalam kajian masalah tiga jasad dalam teori graviti.[19]
• Perlanggaran atau pertemuan rapat antara sistem bintang, termasuk galaksi, boleh mengakibatkan gangguan kedua-dua sistem, dengan beberapa bintang dipercepatkan ke halaju tinggi, atau bahkan dikeluarkan. Contoh berskala besar ialah interaksi graviti antara Bima Sakti dan Awan Magellan Besar.[20]
• Letupan supernova dalam sistem berbilang bintang boleh mempercepatkan kedua-dua sisa supernova dan bintang yang tinggal ke halaju tinggi.[21][22]

Pelbagai mekanisme boleh mempercepatkan bintang lari yang sama. Sebagai contoh, bintang besar yang pada asalnya dilontarkan kerana interaksi graviti dengan jiran bintangnya sendiri mungkin menjadi supernova, menghasilkan sisa dengan halaju yang dimodulasi oleh tendangan supernova. Jika supernova ini berlaku di sekitar bintang lain yang sangat dekat, kemungkinan besar ia boleh menghasilkan lebih banyak pelarian dalam proses itu.

Contoh set bintang lari yang berkaitan ialah kes AE Aurigae, 53 Arietis dan Mu Columbae, yang kesemuanya bergerak menjauhi satu sama lain pada halaju lebih 100 km/s (sebagai perbandingan, Matahari bergerak melalui Bima Sakti pada kira-kira 20 km/s lebih pantas daripada purata tempatan). Menjejaki pergerakan mereka ke belakang, laluan mereka bersilang berhampiran dengan Orion Nebula kira-kira 2 juta tahun dahulu. Lingkaran Barnard dipercayai saki-baki supernova yang melancarkan bintang-bintang lain.

Contoh lain ialah objek sinar-X Vela X-1, di mana teknik fotodigital mendedahkan kehadiran hiperbola kejutan busur supersonik biasa.

Halo bintang

Bintang halo ialah bintang yang sangat tua yang tidak mengikuti orbit bulat mengelilingi pusat Bima Sakti dalam cakeranya. Sebaliknya, bintang halo bergerak dalam orbit elips, selalunya condong ke cakera, yang membawa mereka jauh di atas dan di bawah satah Bima Sakti. Walaupun halaju orbitnya berbanding dengan Bima Sakti mungkin tidak lebih laju daripada bintang cakera, laluan berbeza mereka menghasilkan halaju relatif yang tinggi.

Contoh biasa ialah bintang halo yang melalui cakera Bima Sakti pada sudut yang curam. Salah satu daripada 45 yang terdekat bintang, dipanggil Bintang Kapteyn, ialah contoh bintang berkelajuan tinggi yang terletak berhampiran Matahari: Halaju jejari yang diperhatikan ialah -245 km/s, dan komponen halaju ruangnya ialah u = +19 km/s, v = −288 km/s, dan w = −52 km/s.

Bintang hiperhalaju

Kedudukan dan trajektori 20 bintang berkelajuan tinggi seperti yang dibina semula daripada data yang diperoleh oleh Gaia, ditindan di atas pemandangan artistik Bima Sakti

Bintang hiperhalaju (Inggeris: hypervelocity star; ditetapkan sebagai HVS atau HV dalam katalog bintang) mempunyai halaju yang jauh lebih tinggi daripada populasi bintang yang lain di galaksi. Sesetengah bintang ini mungkin melebihi halaju lepasan galaksi.[23] Dalam Bima Sakti, bintang biasanya mempunyai halaju dalam tertib 100 km/s, manakala bintang hiperhalaju biasanya mempunyai halaju pada tertib 1000 km/s. Kebanyakan bintang yang bergerak pantas ini dianggap dihasilkan berhampiran pusat Bima Sakti, kawasan yang terdapat lebih banyak populasi objek jenis ini berbanding daripada kawasan luar jauh. Salah satu bintang yang paling cepat diketahui dalam galaksi kita ialah sub-kerdil kelas O US 708, yang bergerak menjauhi Bima Sakti dengan jumlah halaju sekitar 1200 km/s.

Jack G. Hills pertama kali meramalkan kewujudan HVS pada tahun 1988.[24] Ini kemudiannya disahkan pada tahun 2005 oleh Warren Brown, Margaret Geller, Scott Kenyon, dan Michael Kurtz.[25] Setakat 2008[kemas kini], 10 buah HVS yang tidak terikat telah diketahui, salah satunya dipercayai berasal dari Awan Magellan Besar dan bukannya Bima Sakti.[26] Pengukuran lanjut meletakkan asalnya dalam Bima Sakti.[27] Disebabkan ketidakpastian tentang taburan jisim dalam Bima Sakti, sukar untuk menentukan sama ada HVS itu tidak terikat. Lima buah lagi bintang berkelajuan tinggi yang diketahui mungkin tidak terikat dari Bima Sakti, dan 16 HVS dianggap terikat. HVS (HVS2) terdekat yang diketahui pada masa ini ialah kira-kira 19 kpc dari Matahari.

Setakat 1 September 2017[kemas kini], terdapat kira-kira 20 buah bintang hiperhalaju yang telah diperhatikan. Walaupun kebanyakan ini diperhatikan dalam Hemisfera Utara, masih ada kemungkinan bahawa terdapat HVS hanya boleh diperhatikan dari Hemisfera Selatan.[28]

Dipercayai bahawa kira-kira 1,000 buah HVS yang wujud di Bima Sakti.[29] Memandangkan terdapat kira-kira 100 buah bilion bintang di Bima Sakti, ini adalah pecahan yang sangat kecil (~0.000001%). Keputusan daripada data Gaia keluaran kedua (DR2) menunjukkan bahawa kebanyakan bintang jenis lewat berkelajuan tinggi mempunyai kebarangkalian tinggi untuk terikat dengan Bima Sakti.[30] Walau bagaimanapun, calon bintang hiperhalaju jauh lebih berkemungkinan untuk ditemui.[31]

Pada Mac 2019, LAMOST-HVS1 dilaporkan sebagai bintang hiperhalaju yang disahkan dikeluarkan daripada cakera bintang Bima Sakti.[32]

Pada Julai 2019, ahli astronomi melaporkan menemui bintang jenis A, S5-HVS1, mengembara 1,755 km/s (3,930,000 mph), lebih pantas daripada mana-mana bintang lain yang dikesan setakat ini. Bintang itu berada dalam buruj Grus (atau Kren) di langit selatan dan kira-kira 29,000 ly (1.8×109 AU) dari Bumi. Ia mungkin telah dikeluarkan dari Bima Sakti selepas berinteraksi dengan Sagittarius A*, lubang hitam supermasif di tengah galaksi.[33][34][35][36][37]

Asal usul bintang hiperhalaju

Bintang pelarian memecut dari 30 Doradus. Imej diambil oleh Teleskop Angkasa Hubble.

HVS dipercayai kebanyakannya berasal daripada pertemuan rapat bintang binari dengan lubang hitam supermasif di tengah Bima Sakti. Salah satu daripada dua bintang teman telah ditangkap secara graviti oleh lubang hitam (dalam erti kata memasuki orbit di sekelilingnya), manakala yang lain melarikan diri dengan halaju tinggi, menjadi HVS. Gerakan sedemikian adalah serupa dengan perbandingan penangkapan dan pelepasan objek antaranajam oleh sesebuah bintang.

HVS yang disebabkan oleh Supernova juga mungkin wujud, walaupun ia kebarangkalian jarang berlaku. Dalam senario ini, HVS dikeluarkan daripada sistem binari rapat akibat bintang pendamping yang mengalami letupan supernova. Halaju lontar sehingga 770 km/s, seperti yang diukur dari kerangka rehat galaksi, adalah mungkin untuk bintang B jenis lewat.[38] Mekanisme ini boleh menerangkan asal usul HVS yang dikeluarkan dari cakera galaksi.

HVS yang dikenali ialah bintang jujukan utama dengan jisim beberapa kali ganda daripada Matahari. HVS dengan jisim yang lebih kecil juga dijangka dan calon HVS kerdil G/K telah ditemui.

HVS yang telah masuk ke Bima Sakti berasal dari galaksi kerdil Awan Magellan Besar. Apabila galaksi kerdil membuat pendekatan paling dekat dengan pusat Bima Sakti, ia mengalami tarikan graviti yang kuat. Tarikan ini meningkatkan tenaga beberapa bintangnya sehingga ia membebaskan seluruh galaksi kerdil dan dilemparkan ke ruang angkasa lepas, disebabkan oleh kesan rangsangan.[39]

Beberapa bintang neutron disimpulkan mengembara dengan kelajuan yang sama. Ini boleh dikaitkan dengan HVS dan mekanisme pelepasan HVS. Bintang neutron adalah sisa letupan supernova, dan kelajuan melampaunya berkemungkinan besar hasil daripada letupan supernova yang tidak simetri atau kehilangan rakan terdekat mereka semasa letupan supernova yang membentuknya. Bintang neutron RX J0822-4300, yang diukur untuk bergerak pada kelajuan rekod melebihi 1,500 km/s (0.5% daripada kelajuan cahaya) pada tahun 2007 oleh Balai Cerap X-ray Chandra, dianggap telah dihasilkan dengan cara pertama.[40]

Satu teori mengenai penyalaan supernova Jenis Ia mengaitkan permulaan penggabungan antara dua kerdil putih dalam sistem bintang binari, mencetuskan letupan kerdil putih yang lebih besar. Jika kerdil putih yang kurang besar tidak dimusnahkan semasa letupan, ia tidak lagi terikat secara graviti pada pasangannya yang musnah, menyebabkan ia meninggalkan sistem tesebut sebagai bintang hiperhalaju dengan halaju orbit pra-letupan 1000–2500 km/s. Pada 2018, tiga buah bintang seperti itu ditemui menggunakan data daripada satelit Gaia.[41]