Объяснение дефицита красных гигантов в центре Галактики

В самом сердце нашей Галактики, вблизи сверхмассивной черной дыры Стрелец A*, существует давно известная и загадочная аномалия. Наблюдения показывают явный недостаток красных гигантов на фоне более тусклых старых звезд в пределах нескольких угловых секунд от центра. Этот факт противоречит ожиданиям от сформировавшегося звездного скопления, где звезды с малой массой, подобные Солнцу, уже должны были завершить свою эволюцию на главной последовательности и перейти в фазу красного гиганта.

Куда же исчезают самые яркие и крупные из этих стареющих звезд? Новая работа представляет собой глубокое теоретическое исследование, цель которого — проверить, может ли ключ к разгадке лежать в экстремальной динамической среде, создаваемой черной дырой, где звезды подвергаются двум суровым испытаниям: разрушительным приливным силам и частым столкновениям.

Авторы  — Тэхо Ким и Джереми Гудман детально моделируют, как звезды могут переходить на опасные орбиты, ведущие к гибели. Они учитывают два механизма изменения орбит: классическую нерезонансную релаксацию и более эффективную скалярную резонансную релаксацию, уникальную для кеплеровского потенциала черной дыры.

Однако расчеты показывают, что процесс диффузии в зону приливного разрушения зависит от размера звезды слишком слабо. Хотя большая звезда легче разрушается, у нее и меньше времени на то, чтобы выйти на нужную экстремальную орбиту, так как время жизни красного гиганта сокращается быстрее, чем растет вероятность его захвата. Поэтому этот механизм не объясняет избирательную нехватку именно красных гигантов.

Второй механизм — звездные столкновения — оказывается гораздо эффективнее. Радиус красного гиганта может увеличиться в сотни раз, и в условиях высокой дисперсии скоростей в центре Галактики частота столкновений растет пропорционально квадрату его радиуса. Поскольку большинство столкновений происходит на самых поздних и ярких стадиях эволюции, это идеально объясняет, почему мы не видим именно красных гигантов в непосредственной близости от черной дыры.

Интересным предсказанием модели является то, что выжившие красные гиганты на малых расстояниях от Стрельца А* должны двигаться по более круговым орбитам, так как звезды на вытянутых траекториях чаще сталкиваются и гибнут. Это создает тангенциальную анизотропию, которую можно проверить будущими наблюдениями.

Таким образом, исследование убедительно демонстрирует, что экстремальная среда вблизи сверхмассивной черной дыры действует как эффективный «фильтр» для эволюционирующих звезд. В то время как приливные силы черной дыры оказываются недостаточно избирательными, чтобы объяснить наблюдаемую картину, частые звездные столкновения, вероятность которых резко возрастает с увеличением размеров звезды, успешно и естественно объясняют, почему красные гиганты почти не доживают до финала своей жизни в самых центральных областях Галактики.