Чтобы оставаться молодыми, звезды купаются во внешних слоях других звезд, с которыми они врезаются, пока их вращает сверхмассивная черная дыра Стрелец А*.
На иллюстрации изображена массивная звезда, пожирающая меньшую звезду вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути
Ученые раскрыли ужасную тайну кажущейся молодости некоторых звезд в центре Млечного Пути — звезд, участвующих в своего рода космическом дерби разрушения вокруг сверхмассивной черной дыры нашей галактики, Стрельца А* или Стрельца А*.
Подобно космической версии серийной убийцы 17-го века Элизабет Батори, которая якобы стремилась сохранить свое молодое сияние, купаясь в крови своих жертв, некоторые из этих звезд, кажется, продолжают выглядеть молодыми, врезаясь в соседние звезды и покрываясь ими. украденный звездный материал. Этот каннибалистический процесс оставляет звездную жертву странной, ободранной звездой-зомби, а также обрекает звезду-каннибала на раннюю смерть.
Это лишь малая часть странных результатов, полученных в результате моделирования 1000 плотно упакованных звезд, вращающихся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, в результате исследования, проведенного учеными Северо-Западного университета.
«Наблюдать центры других галактик очень сложно, потому что они так далеко», — рассказала Санаи С. Роуз, руководитель исследования и ученый из Северо-Западного университета. «Изучение нашего собственного Галактического центра может рассказать нам о том, что происходит в центрах всех галактик».
Сердце Млечного Пути — одна из самых экстремальных сред, которую астрономы могут наблюдать с Земли. В этом регионе находится Стрелец А*, который является не только черной дырой с массой, эквивалентной 4,5 миллионам солнц, но и космическим монстром, вокруг которого вращается более миллиона звезд.
Эти звезды сосредоточены в области шириной около 4 световых лет, что примерно соответствует расстоянию между Солнцем и его ближайшим звездным соседом, Проксимой Центавра. Это означает, что такие события, как столкновения звезд, которые относительно редки в нашей малонаселенной области Млечного Пути, являются почти обычным явлением вокруг Стрельца А*.
« Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути окружена очень плотным звездным скоплением, и многие из этих звезд вращаются по своим орбитам со скоростью от сотен до тысяч миль в секунду», — сказал Роуз.
Таким образом, изучение жестокого сердца Млечного Пути может показать, как звезды ведут себя, развиваются и взаимодействуют под влиянием чрезвычайной гравитации сверхмассивной черной дыры.
Часть о дерби космического сноса
Хотя в симуляциях команды учитывались многие факторы и характеристики, такие как звездная масса и плотность звездных скоплений, один из них особенно важен при определении судьбы звезды вблизи сердца Млечного Пути.
Роуз объяснила, что, как правило, расстояние звезды от Стрельца А* является хорошим показателем того, столкнется ли она с другой звездой и какого рода это будет столкновение.
«По мере приближения к сверхмассивной черной дыре скопление становится все более и более густонаселенным, поэтому вероятность столкновения возрастает», — сказала она. «Это немного похоже на пробежку через невероятно переполненную станцию метро в Нью-Йорке в час пик. Если вы не сталкиваетесь с другими людьми, значит, вы проходите мимо них очень близко».
Чем ближе звезда к Стрелцу А*, тем быстрее ее вращает огромная гравитация черной дыры. В результате звезды рядом со сверхмассивной черной дырой могут двигаться со скоростью около 18 миллионов миль в час (29 миллионов километров в час), что делает самое сердце Млечного Пути более похожим на дерби, чем на переполненное нью-йоркское метро.
Это означает, что столкновения в самой внутренней области Sgr A* , относящейся к области примерно в 2000 раз больше расстояния между Землей и Солнцем, или 0,01 парсека, имеют тенденцию быть разрушительными по своей природе.
Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути Sgr A*, которая ведет дерби космического разрушения
Такие звезды в пределах примерно 0,01 парсека от Стрельца А* постоянно сталкиваются друг с другом, но это редко бывает лобовым столкновением. Это означает, что, как у автомобиля-дерби, у которого оторвало бампер перед тем, как уехать, удары о задевание приводят к тому, что звезда сбрасывает свои внешние слои и затем мчится по курсу столкновения с другим соседом.
«Они врезаются друг в друга и продолжают идти. Они просто задевают друг друга, как будто обмениваются очень яростными «пятерками», — сказала Роуз.
Однако то, сколько материала теряет звезда, подвергаясь этому хаосу, зависит от того, насколько быстро она движется и насколько она перекрывается со звездой, с которой сталкивается. Одним из результатов этих разрушительных столкновений является странная популяция урезанных звезд и звезд, которые выглядят молодыми благодаря купанию в богатой водородом звездной материи, выброшенной из первых.
Однако за достижение такого молодого вида приходится платить. Чем массивнее звезда, тем быстрее она сжигает запасы топлива, которые она имеет для внутреннего ядерного синтеза — процесса, который предотвращает ее коллапс под действием собственной гравитации. Таким образом, накапливая украденный материал, эти массивные звезды сокращают свою жизнь.
Дальше от Стрельца А*, примерно на 0,1 парсека, или примерно в 21 000 раз больше расстояния между Солнцем и Землей, звезды сталкиваются реже и на более спокойных скоростях. Моделирование Роуза и его коллег показало, что когда происходят эти более медленные столкновения, вполне вероятно полное слияние, при котором две звезды станут одной огромной звездой.
«Столкновения за пределами 0,01 парсека с большей вероятностью приведут к слиянию сталкивающихся звезд», — добавила она. «Звезды в пределах 0,1 парсека от Стрельца А* имеют очень высокий шанс пережить хотя бы одно столкновение за свою жизнь».
Роуз объяснила, что одним из наиболее приятных аспектов использования этой модели для решения некоторых необъяснимых наблюдений звезд в центре Млечного Пути является тот факт, что она основана на относительно простых вычислениях.
«Что лично мне показалось особенным в моем исследовании, так это то, что оно основано на расчете временной шкалы столкновений, чему учат относительно рано в бакалавриате по физике», - сказала она. «Было замечательно использовать относительно простой расчет, чтобы узнать о чрезвычайно сложной окружающей среде, которая не похожа ни на что, с чем мы сталкиваемся в окрестностях Солнца».
На данный момент команда провела два исследования с использованием этой модели: одно опубликовано в The Astrophysical Journal Letters в этом месяце, а другое — в сентябре 2023 года, но они еще не закончили с ней.
«Следующие шаги — расширить физику, которая сейчас присутствует в модели», — заключил Роуз. « Галактический центр — чрезвычайно сложная среда, поэтому мы всегда можем что-то добавить, и наша работа никогда не заканчивается!»
Роуз представила это исследование на апрельском собрании Американского физического общества, проходившем в Сакраменто, штат Калифорния, в четверг (4 апреля) в рамках сессии « Астрофизика элементарных частиц и Галактический центр ».
72.2к
