Чи можуть зірки утворюватися навколо чорних дір?

У 1930-х роках, коли фізик та інженер Карл Янський направив свою радіоантену на центр нашої галактики, він виявив постійне джерело радіохвиль. Після деякого аналізу вчені зрозуміли, що ці радіохвилі випромінює щось набагато далі від нашої планети, ніж Сонце, але, як не дивно, їхню енергію можна порівняти з хвилями, які ми отримуємо від Сонця. Отримавши цю інформацію, вони почали підозрювати, що в центрі Чумацького Шляху повинно ховатися щось справді могутнє. 

Пізніше астрономи зрозуміли, що джерелом цих таємничих радіохвиль була не що інше, як надмасивна чорна діра, маса якої більш ніж у мільйон разів перевищує наше Сонце. Тепер ми називаємо її Стрілець A. Цей величезний об’єкт, який зазвичай скорочується до Sgr A*, служить гравітаційним якорем для всього Чумацького Шляху. Після цих ранніх спостережень астрономи досить багато дізналися про Sgr A*; оскільки астрономи дійсно можуть спостерігати за нею, чорна діра дає нам найкращий шанс відповісти на інтригуюче запитання — чи можливе утворення зірок навколо чорних дір? 

Sgr A* оточений купою молекулярних хмар — міжзоряних туманів, у яких ви можете побачити появу однієї або двох зірок. Однак астрономи вважають, що близькість цих хмар до чорної діри може порушити будь-які можливі зоряні ясла, що розвиваються всередині, оскільки екстремальні приливні та електромагнітні сили, як вважають, дестабілізують кишені газу, які зазвичай накопичуються для утворення зірок. 

«Поєднання низької щільності середовища та сильних приливних сил [надмасивної чорної діри] ускладнює утворення зірок «стандартним» способом, тобто внаслідок колапсу щільних газових хмар. Вони розриваються на частини, перш ніж з’являться. може зруйнуватися», — сказала Space.com астрофізик Розальба Перна з університету Стоуні Брук у Нью-Йорку. 

Однак останні спостереження вказали на можливість того, що зореутворення може відбуватися набагато ближче до Sgr A*, ніж ми спочатку усвідомлювали. 

Астрономи протягом деякого часу спостерігали за зірками в околицях Sgr A*, але пояснили їхню присутність, можливо, через те, що вони мігрували до чорної діри після початкового формування у віддалених скупченнях. Однак проблема з цим поясненням полягає в тому, що багато з цих нещодавно відкритих зірок здаються занадто молодими, щоб вони могли утворитися далеко, а потім подорожувати космосом, щоб дістатися до Sgr A*. 

Молоді зірки, помічені поблизу Sgr A* 

На чолі з Флоріаном Пейскером, докторантом Інституту астрофізики Кельнського університету, команда астрономів ідентифікувала молодий зоряний об’єкт X3a. 

«Виявилося, що на відстані кількох світлових років від чорної діри є область, яка відповідає умовам для утворення зірок. Ця область, кільце газу та пилу, є достатньо холодною та захищеною від руйнівного випромінювання», — Пейскер. пояснюється в заяві.

Навколо Sgr A* та інших надмасивних чорних дір є акреційний диск газу та пилу, що падає на чорну діру через її величезне гравітаційне тяжіння. Конкретний диск, який огортає Sgr A*, простягається від 5 до 30 світлових років від горизонту подій чорної діри. 

Команда вважає, що X3a міг утворитися в газовій оболонці в зовнішньому кільці акреційного диска, що оточує Sgr A*. Ці хмари газу можуть стати достатньо великими, щоб згорнутися в себе й утворити протозірки. Дослідники також припускають інші можливі пояснення присутності зірок у безпосередній близькості від Sgr A*. 

«Наявність молодих зірок навколо чорних дір змусила астрофізиків розширити погляди на утворення зірок, і були розроблені різні теорії, щоб пояснити це, наприклад, утворення диска в результаті руйнування молекулярної хмари, утворення віддаленого скупчення внутрішньою міграцією та ударним стисненням, спричиненим подією приливного зриву», — каже Перна. 

Нещодавно Перна написав статтю, в якій припускає, що події приливних зривів (TDEs) поблизу чорних дір можуть створити правильні умови для формування зірок. TDE — це події, коли гравітаційні нестабільності можуть бути внесені в акреційний диск чорної діри, прикладом може бути падіння зірки в бік чорної діри. Ці TDE можуть взаємодіяти з акреційним диском чорної діри таким чином, що виникають висока щільність газу та сутінки, що дозволяє колапсувати щільні згустки в молоді зірки.

Перна пояснює, що на формування зірок навколо чорних дір, ймовірно, впливає стадія еволюції зазначеної чорної діри. Коли чорна діра «активна», ймовірно, на ранніх стадіях, коли галактика, що її оточує, є хаотичним місцем, вона оточена розширеним акреційним диском газу та пилу. Цей акреційний диск може бути благодатним ґрунтом для утворення зірок через накопичення високої щільності речовини. Однак тепер, коли Чумацький Шлях став набагато старшим, усе налагодилося, і утворення зірок навколо Sgr A*, ймовірно, сповільнилося порівняно з тим, що могло бути в далекому минулому.