Ученые смоделировали судьбу звезд, расположенных в центре Млечного Пути

Несмотря на свой солидный возраст, некоторые звезды, вращающиеся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, кажутся обманчиво молодыми. Но в отличие от людей, которые могут выглядеть помолодевшими после инъекции коллагена, эти звезды выглядят молодыми по гораздо более мрачной причине — они проглотили своих соседей.

Это лишь один из наиболее необычных результатов нового исследования Северо-Западного университета (Northwestern University). Используя новую модель, астрофизики проследили движение 1000 смоделированных звезд, вращающихся вокруг центральной черной дыры нашей галактики, Стрельца А* (Sgr A*).

Этот регион настолько густонаселен звездами, что там достаточно часто могут происходить звездные столкновения. Моделируя эффекты этих интенсивных столкновений, новая работа показывает, что выжившие звезды могут потерять массу и стать звездами с малой массой, или же могут слиться с другими звездами, чтобы стать массивными и «помолодевшими» по внешнему виду.

«Область вокруг центральной черной дыры заполнена звездами, движущимися с чрезвычайно высокими скоростями», — сказала Санаи Роуз из Northwestern University, возглавлявшая исследование. «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 проходы заставляют их взаимодействовать гравитационно. Мы хотели изучить, что эти столкновения и взаимодействия означают для звездного населения, и охарактеризовать их результаты».

Центр Млечного Пути — необычное место. Гравитационное притяжение черной дыры Стрелец А* заставляет звезды вращаться по своим орбитам с большой скоростью. А общее количество звезд, сосредоточенных в центре галактики, превышает миллион. Плотное скопление звезд и большие скорости уже создают опасную ситуацию. А в самой внутренней области — в пределах 0,1 парсека от черной дыры — немногим звездам удается уйти невредимыми.

«Ближайшая к Солнцу звезда находится примерно в четырех световых годах», — объясняет Санаи 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».

В этом тесном и беспокойном районе звезды могут сталкиваться с другими звездами. И чем ближе звезды находятся к сверхмассивной черной дыре, тем больше увеличивается вероятность столкновения. Заинтересовавшись результатами этих столкновений, Роуз и ее коллеги разработали симуляцию, позволяющую проследить судьбу звездного населения в галактическом центре. При моделировании учитывается несколько факторов: плотность звездного скопления, масса звезд, скорость по орбите, гравитация и расстояния до Sgr A*.

От «жестких приветствий» до тотальных слияний

В своем исследовании ученые выявили один фактор, который, скорее всего, определит судьбу звезды: ее расстояние от сверхмассивной черной дыры.

В пределах 0,01 парсека от черной дыры звезды, движущиеся со скоростью, достигающей тысяч километров в секунду, иногда встречаются друг с другом. Это редко бывает лобовым столкновением и больше похоже на «жесткое «дай пять», как это описывает Санаи Роуз. Удары при встречах недостаточно сильны, чтобы полностью уничтожить звезды. Вместо этого они сбрасывают свои внешние слои и продолжают мчаться по своему курсу.

За пределами 0,01 парсека звезды движутся с более спокойной скоростью — сотни километров в секунду, а не тысячи. Из-за более низких скоростей эти звезды сталкиваются друг с другом, но у них не хватает энергии, чтобы спастись. Вместо этого они сливаются, становясь более массивными. В некоторых случаях они могут сливаться неоднократно и становиться в 10 раз массивнее нашего Солнца.

«Некоторые звезды выигрывают в лотерею столкновений», — говорит Санаи 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 молодой внешний вид достигается за счет более короткой продолжительности жизни. «Они умирают очень быстро», — сказала Роуз. «Массивные звезды похожи на гигантские, прожигающие бензин автомобили. Они начинаются с большого количества водорода, но сгорают очень, очень быстро».

Экстремальная среда

Хотя Санаи Роуз находит простую радость в изучении причудливой, экстремальной области вблизи нашего галактического центра, ее работа также может раскрыть информацию об истории Млечного Пути. А поскольку центральные области чрезвычайно трудно наблюдать, симуляции ее команды могут пролить свет на скрытые процессы.

«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 организован галактический центр. По крайней мере, это определенно контрастирует с районом, в котором мы живем».