Гравитационный удар может объяснить странную форму скопления звезд в центре Андромеды
Когда две галактики сталкиваются, сверхмассивные черные дыры в их ядрах испускают разрушительный гравитационный «удар», похожий на отдачу от дробовика. Новое исследование, проведенное CU Boulder, предполагает, что этот удар может быть настолько мощным, что может сместить миллионы звезд на неустойчивые орбиты.
Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, помогает разгадать многолетнюю тайну, связанную с скоплением звезд странной формы в самом сердце Галактики Андромеды. Оно также может помочь исследователям лучше понять процесс роста галактик, которые «питаются» друг другом.
«Когда ученые впервые посмотрели на Андромеду, они ожидали увидеть сверхмассивную черную дыру, окруженную относительно симметричным скоплением звезд», — говорят астрономы. «Вместо этого они нашли эту огромную продолговатую массу». Теперь астрономы думают, что у них есть объяснение.
Космический телескоп Хаббл в 90-х годах сделал удивительное открытие: как и наша собственная галактика, Андромеда имеет форму гигантской спирали. Но область, богатая звездами, рядом с центром этой спирали не выглядит так, как должна — орбиты этих звезд принимают странную овальную форму. И никто не знал почему.
В новом исследовании команда астрономов использовала компьютерное моделирование, чтобы отследить, что происходит, когда две сверхмассивные черные дыры разрушатся вместе — Андромеда, вероятно, образовалась во время аналогичного слияния миллиарды лет назад. Основываясь на расчетах, сила, создаваемая таким слиянием, может изгибать и притягивать орбиты звезд к центру галактики, создавая характерный удлиненный узор.
«Когда галактики сливаются, их сверхмассивные черные дыры сходятся вместе и в конечном итоге становятся единой черной дырой», — сказал Тацуя Акиба, ведущий автор исследования. «Мы хотели знать: каковы последствия этого?»
Сгибание пространства и времени
Он добавил, что полученные выводы помогают выявить некоторые силы, которые могут управлять разнообразием примерно двух триллионов галактик во Вселенной сегодня — — некоторые из которых очень похожи на спиралевидный Млечный Путь, в то время как другие больше похожи на футбольные мячи или неправильные капли.
Слияния могут сыграть важную роль в формировании этих звездных масс: когда галактики сталкиваются, черные дыры в центрах могут начать вращаться вокруг друг друга, перемещаясь все быстрее и быстрее, пока они в конечном итоге не столкнутся друг с другом. В процессе они испускают огромные импульсы «гравитационных волн» или буквальную рябь в ткани пространства и времени.
«Эти гравитационные волны несут импульс от оставшейся черной дыры, и вы получите отдачу, как у ружья», — сказал Акиба.
Ученые хотели знать, что такая отдача может сделать со звездами в пределах 1 парсека, или примерно 30 триллионов километров от центра галактики. Андромеда, которую можно увидеть невооруженным глазом с Земли, простирается на десятки тысяч парсеков.
Ученые использовали компьютеры для построения моделей галактических центров, содержащих сотни звезд, а затем смоделировали отдачу от гравитационных волн.
Они объясняют, что гравитационные волны, вызванные таким катастрофическим столкновением, не повлияют напрямую на звезды в галактике. Но отдача отбросит оставшуюся сверхмассивную черную дыру обратно в космос — со скоростью, которая может достигать миллионов километров в час, что неплохо для тела с массой в миллионы или миллиарды раз больше массы Солнца.
«Если вы — сверхмассивная черная дыра и начинаете двигаться со скоростью тысячи километров в секунду, вы действительно можете сбежать из галактики, в которой находитесь», — сказал Акиба.
Однако, когда черные дыры не сбегают, ученые обнаружили, что они могут вытягивать орбиты звезд прямо вокруг себя, заставляя их орбиты расширяться. Результат очень похож на форму, которую ученые видят в центре Андромеды.
Исследователи сказали, что они хотят расширить свои модели, чтобы они могли напрямую сравнивать результаты своих моделей с реальным ядром галактики, которое содержит во много раз больше звезд. Они отметили, что их открытия могут также помочь ученым понять необычные явления вокруг других объектов во Вселенной, таких как планеты, вращающиеся вокруг загадочных тел, называемых нейтронными звездами.