Зірки-зомбі в центрі Чумацького Шляху кидають виклик часу

Нове дослідження простежує долі зірок, які живуть поблизу центральної чорної діри Чумацького Шляху. Незважаючи на свій давній вік, деякі зірки, що обертаються навколо центральної надмасивної чорної діри Чумацького Шляху, виглядають оманливо молодими. Але на відміну від людей, які можуть виглядати помолодшими після нових ін’єкцій колагену, ці зірки виглядають молодими з набагато більш темної причини.

Їли сусідів.

Це лише один із найбільш дивних висновків нового дослідження Північно-західного університету . Використовуючи нову модель, астрофізики простежили бурхливі подорожі 1000 імітованих зірок, що обертаються навколо центральної надмасивної чорної діри нашої галактики, Стрільця A* (Sgr A*).

У цьому регіоні так щільно заповнено зірками, що зазвичай відбуваються жорстокі зіткнення зірок. Моделюючи наслідки цих інтенсивних зіткнень, нова робота виявила, що ті, хто пережив зіткнення, можуть втратити масу, перетворившись на зірки з малою масою, або можуть злитися з іншими зірками, щоб стати масивними та омолодитими.

«Регіон навколо центральної чорної діри щільний із зірками, які рухаються з надзвичайно високою швидкістю», — сказав Санаеа С. Роуз з Northwestern, який керував дослідженням. «Це схоже на переповнену станцію метро в Нью-Йорку в годину пік. Якщо ви не стикаєтеся з іншими людьми, то ви проходите повз них дуже близько. Для зірок ці близькі зіткнення все ще спричиняють їх гравітаційну взаємодію. Ми хотіли дослідити, що ці зіткнення та взаємодії означають для зоряного населення, і охарактеризувати їх результати».

Роуз представив це дослідження сьогодні (4 квітня) на квітневій зустрічі Американського фізичного товариства (APS) у Сакраменто, Каліфорнія. «Зіткнення зірок у центрі Галактики» була частиною сесії «Астрофізика елементарних частинок і центр Галактики».

Роуз є доктором Ліндхаймера в Північно-Західному центрі міждисциплінарних досліджень і досліджень в астрофізиці (CIERA). Цю роботу вона розпочала як доктор філософії. кандидата в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі, де її консультував астрофізик і колишній докторант Смадар Наоз.

Приречені на зіткнення

Центр нашого Чумацького Шляху – це дивне й дике місце. Гравітаційне тяжіння Sgr A* прискорює зірки обертатися навколо своїх орбіт із жахливою швидкістю. А сама кількість зірок, зібраних у центрі галактики, перевищує мільйон. Щільно упакований кластер плюс блискавичні швидкості дорівнюють високошвидкісному дербі знищення. У найглибшій області — в межах 0,1 парсека від чорної діри — небагато зірок залишаються неушкодженими.

«Найближча до нашого сонця зірка знаходиться приблизно в чотирьох світлових роках», — пояснила Роуз. «На такій самій відстані біля надмасивної чорної діри є більше мільйона зірок. Це неймовірно багатолюдний район. Крім того, надмасивна чорна діра має дуже сильне гравітаційне тяжіння. Коли зірки обертаються навколо чорної діри, вони можуть рухатися зі швидкістю тисячі кілометрів на секунду».

У цьому тісному, неспокійному сусідстві зірки можуть стикатися з іншими зірками. І чим ближче до надмасивної чорної діри живуть зірки, тим зростає ймовірність зіткнення. Зацікавившись наслідками цих зіткнень, Роуз та її співробітники розробили моделювання, щоб відстежити долі зіркових популяцій у галактичному центрі. Моделювання враховує кілька факторів: щільність зоряного скупчення, масу зірок, орбітальну швидкість, силу тяжіння та відстані від Sgr A*.

Від «жорстоких кайфів» до повних злиттів

У своєму дослідженні Роуз визначила один фактор, який, швидше за все, визначить долю зірки: її відстань до надмасивної чорної діри.

В межах 0,01 парсека від чорної діри зірки, рухаючись зі швидкістю тисячі кілометрів на секунду, постійно стикаються одна з одною. Це рідко буває лобовим зіткненням і більше схоже на «жорстокий удар», як описує Роуз. Удари недостатньо сильні, щоб повністю розбити зірки. Замість цього вони скидають зовнішні шари і продовжують мчати по шляху зіткнення.

«Вони вдаряються один в одного і продовжують йти», — сказала Роуз. «Вони просто пасуться один до одного, ніби обмінюються дуже жорстокими дай п’ять. Це змушує зірки викидати частину матеріалу і втрачати свої зовнішні шари. Залежно від того, наскільки швидко вони рухаються та наскільки вони перекриваються під час зіткнення, вони можуть втратити досить багато своїх зовнішніх шарів. Ці руйнівні зіткнення призводять до популяції дивних, зрізаних зірок малої маси».

За межами 0,01 парсека зірки рухаються більш спокійно — сотні кілометрів на секунду, а не тисячі. Через меншу швидкість ці зірки стикаються одна з одною, але потім не мають достатньо енергії, щоб втекти. Натомість вони зливаються, стаючи більш масивними. У деяких випадках вони можуть навіть зливатися кілька разів, щоб стати в 10 разів масивнішими за наше Сонце.

«Кілька зірок виграють лотерею зіткнень», — сказала Роуз. «Завдяки зіткненням і злиттям ці зірки збирають більше водню. Хоча вони були сформовані зі старшого населення, вони маскуються під молодих, молодих зірок. Вони як зірки-зомбі; вони їдять своїх сусідів».

Але молодий вигляд відбувається за рахунок скорочення тривалості життя.

«Вони вмирають дуже швидко», — сказала Роуз. «Масивні зірки схожі на гігантські автомобілі, що пожирають газ. Вони починають з великої кількості водню, але згорають його дуже, дуже швидко».

Екстремальне середовище «несхоже на інші»

Хоча Роуз знаходить просте задоволення у вивченні химерної екстремальної області поблизу нашого галактичного центру, її робота також може відкрити інформацію про історію Чумацького Шляху. І оскільки центральний кластер надзвичайно важко спостерігати, моделювання її команди може висвітлити приховані процеси.

«Це середовище, яке не схоже на жодне інше», — сказала Роуз. «Зірки, які знаходяться під впливом надмасивної чорної діри в дуже багатолюдному регіоні, не схожі ні на що, що ми коли-небудь побачимо в наших власних сонячних околицях. Але якщо ми зможемо дізнатися про ці зоряні популяції, тоді ми зможемо дізнатися щось нове про те, як був зібраний галактичний центр. Принаймні, це, безумовно, створює точку контрасту для сусідства, де ми живемо».