В области вблизи центра Млечного Пути доминирует находящаяся там сверхмассивная черная дыра. Невероятная гравитация Стрельца А* создает хаотичную область, где плотно расположенные высокоскоростные звезды врезаются друг в друга, как автомобили в дерби на разрушение.
Эти столкновения и скользящие удары навсегда меняют звезды. Некоторые становятся странными, урезанными звездами с малой массой, а другие обретают новую жизнь.
Сверхмассивная черная дыра Млечного Пути (СМЧД) называется Стрелец А* (Sgr. A*). Сержант A* примерно в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Обладая такой большой массой, гораздо меньшие звезды поблизости легко подвергаются воздействию мощной гравитации черной дыры и ускоряются до высоких скоростей.
На внутреннем расстоянии 0,1 парсека, или примерно одной трети светового года, звезды перемещаются со скоростью тысячи километров в секунду. За пределами этого региона темпы гораздо более спокойные. Звезды размером более 0,1 парсека движутся со скоростью сотни км/с.
Но не только скорость является причиной столкновений. Этот регион также плотно забит звездами, образуя то, что астрономы называют ядерным звездным скоплением (НСК). Сочетание высокой скорости и высокой звездной плотности создает область, в которой звезды неизбежно сталкиваются.
«Они врезаются друг в друга и продолжают идти».
Санаи Роуз, факультет физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе
Новое исследование, проведенное Северо-Западным университетом, смоделировало звезды, вращающиеся вокруг Sgr. A*, чтобы понять взаимодействия и столкновения и их результаты. Он называется «Столкновения звезд в галактическом центре: массивные звезды, остатки столкновений и пропавшие красные гиганты». Ведущий автор — Санаи К. Роуз с факультета физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Исследование также было недавно представлено на апрельском собрании Американского физического общества.
Исследователи смоделировали популяцию из 1000 звезд, встроенную в НСК. Массы звезд варьировались от 0,5 до 100 солнечных масс, но на практике верхний предел составлял около 30 солнечных масс из-за начальной функции масс. Другие характеристики, такие как эксцентриситет орбиты, были изменены, чтобы гарантировать, что выборка поймала звезды на разных расстояниях от Sgr. А*. Это необходимо для получения четкого понимания звездных столкновений.
«Область вокруг центральной черной дыры заполнена звездами, движущимися с чрезвычайно высокими скоростями», — сказал ведущий автор Роуз. «Это немного похоже на пробежку по невероятно переполненной станции метро в Нью-Йорке в час пик. Если вы не сталкиваетесь с другими людьми, значит, вы проходите мимо них очень близко. Для звезд эти близкие столкновения по-прежнему заставляют их взаимодействовать гравитационно. Мы хотели изучить, что эти столкновения и взаимодействия означают для звездного населения, и охарактеризовать их результаты».
«Звезды, находящиеся под влиянием сверхмассивной черной дыры в очень густонаселенном регионе, не похожи ни на что, что мы когда-либо увидим в окрестностях Солнца».
Санаи Роуз, факультет физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе
Звездная плотность во внутренних 0,1 парсеках не имеет ничего общего с плотностью звезд в окрестностях нашей Солнечной системы. Ближайшая к нашему Солнцу звезда — маломассивная Проксима Центавра. Это чуть больше четырёх световых лет от нас. Это как вообще не иметь соседей.
Но в НСК дела обстоят иначе.
«Ближайшая к нашему Солнцу звезда находится примерно в четырех световых годах», — объяснила Роуз. «На таком же расстоянии возле сверхмассивной черной дыры находится более миллиона звезд. Это невероятно многолюдный район. Кроме того, сверхмассивная черная дыра обладает очень сильным гравитационным притяжением. На орбите черной дыры звезды могут двигаться со скоростью тысячи километров в секунду».
При такой высокой плотности звезд столкновения неизбежны. Частота столкновений тем серьезнее, чем ближе звезды к СМЧД. В своем исследовании Роуз и ее коллеги смоделировали этот регион, чтобы определить влияние столкновений на отдельные звезды и звездное население.
Моделирование показало, что лобовые столкновения случаются редко. Значит, звезды не уничтожаются. Вместо этого они больше похожи на скользящие удары, когда звезды могут быть лишены своих внешних слоев, прежде чем продолжить свое движение.
«Они врезаются друг в друга и продолжают идти», — сказала Роуз. «Они просто трогают друг друга, как будто обмениваются очень яростными «дай пять». Это заставляет звезды выбрасывать часть материала и терять свои внешние слои. В зависимости от того, насколько быстро они движутся и насколько сильно они перекрываются при столкновении, они могут потерять значительную часть своих внешних слоев. Эти разрушительные столкновения приводят к появлению популяции странных, урезанных звезд малой массы».
Эти звезды в конечном итоге мигрируют из СМЧД. Авторы говорят, что, вероятно, существует популяция этих маломассивных звезд, разбросанных по всему галактическому центру (ШЦ). например X7, и объекты G, такие как G3 и G2.
За пределами области 0,1 парсека звезды медленнее. В результате столкновения между звездами не такие энергичные и разрушительные. Вместо создания популяции урезанных звезд столкновения позволяют звездам сливаться, создавая более массивные звезды. Возможны множественные слияния, в результате которых образуются звезды, более массивные, чем наше Солнце.
«Некоторые звезды выигрывают в лотерею столкновений», — сказала Роуз. «Благодаря столкновениям и слияниям эти звезды собирают больше водорода. Хотя они сформировались из более старшего населения, они маскируются под помолодевших, молодых на вид звезд. Они как звезды-зомби; они едят своих соседей».
Но после того, как они наберут эту массу, они ускорят свою кончину. Они становятся похожими на молодые массивные звезды, которые быстро расходуют свое топливо.
«Они умирают очень быстро», — сказала Роуз. «Массивные звезды похожи на гигантские, прожорающие бензин автомобили. Они начинаются с большого количества водорода, но сгорают очень, очень быстро».
Еще одна загадочная вещь в этой внутренней области — отсутствие красных гигантов. «Наблюдения за ШЦ указывают на дефицит РГ в пределах примерно 0,3 пк от СМЧД», — пишут авторы, ссылаясь на другие исследования. Их результаты могли бы объяснить это. «Мы думаем, могут ли столкновения звезд на главной последовательности помочь объяснить эту наблюдательную загадку», — пишут они. «Мы обнаружили, что в пределах ~ 0,01 пк от СМЧД звездные столкновения уничтожают большинство звезд малой массы до того, как они смогут покинуть главную последовательность. Таким образом, мы ожидаем нехватки РГ в этом регионе».
Область вокруг СМЧД Млечного Пути хаотична. Даже несмотря на саму черную дыру, ее вращающийся аккреционный диск и измученные магнитные поля, звезды, танцующие под ее дудку, живут хаотичной жизнью. Моделирование показывает, что большинство звезд ШС будут испытывать прямые столкновения с другими звездами. Но их хаотичная жизнь может пролить свет на то, как развивался весь регион. И поскольку этот регион сопротивляется попыткам астрономов наблюдать за ним, подобные симуляции являются их следующим лучшим инструментом.
«Эта среда не похожа ни на одну другую», — сказала Роуз. «Звезды, находящиеся под влиянием сверхмассивной черной дыры в очень густонаселенном регионе, не похожи ни на что, что мы когда-либо увидим в окрестностях Солнца. Но если мы сможем узнать об этих звездных популяциях, то, возможно, мы сможем узнать что-то новое о том, как был организован галактический центр. По крайней мере, это определенно контрастирует с районом, в котором мы живем».
Примечание: эти результаты основаны на двух опубликованных статьях:
