Большинство звезд Млечного Пути, таких как наше Солнце, движутся по почти круговым орбитам длиной в миллионы лет, не нарушенным сверхмассивной черной дырой (SMBH) посреди галактики. Но на Млечном Пути центральные звезды могут показывать необычайно неистовые и очень эксцентричные движения. Те, кто ближе к SMBH, проводят большую часть своего времени возле афелий - далеко от горизонта событий. Но неослабевающий гравитационный захват SMBH вскоре снова притягивает их внутрь к перигелию. Поскольку эти звезды теряют равновесие в гравитационном колодце SMBH, они быстро ускоряются - только избегая полного растворения из-за их чрезвычайно высокого орбитального углового момента.
Такие «S-звезды» были впервые идентифицированы двумя независимыми командами астрономов (одна во главе с Рейнхардом Гензелем из Института Макса Планка в Гархинге, Германия, а другая - Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе) в 2002 году. Из-за высокой концентрации газа и Пыль, окутывающая ядро галактики, командам пришлось обнаруживать эти очень подвижные источники, используя инфракрасный свет. Просматривая сдвиги в спектрах звезд и определяя, насколько быстро они движутся относительно других объектов, можно получить точные орбиты. За три года, прошедшие с момента их открытия, одна S-звезда (S2) почти завершила полную орбиту SMBH Млечного Пути.
Но есть что-то очень своеобразное в S-звездах. Основываясь на современных моделях звездной эволюции, эти звезды должны быть очень старыми, но каким-то образом им удалось сохранить все характеристики молодости.
У астрономов-теоретиков Мелвина Дэвиса из Обсерватории Лунда, Швеция, и Эндрю Кинга из Университета Лестера, Великобритания, есть ответ: «Наша картина одновременно объясняет, почему у S-звезд есть тесно связанные орбиты, и наблюдается истощение красных гигантов в самом центре Галактики ". Большинство звезд, видимых вокруг нас (за пределами Центрального Млечного Пути), хорошо понимают жизненные циклы. Эти звезды проходят через «основную последовательность» развития - они начинаются как большие низкотемпературные тела с тлеющими центральными термоядерными печами и заканчиваются маленькими белыми гномами, излучающими «тепло» в виде видимого света, и тихо охлаждают в сумерках своей небесной карьеры.
Судьба звезды в первую очередь определяется ее массой. Сверхмассивные звезды (до 150 Солнц) живут очень быстро и выживают всего пятьдесят тысяч лет. В молодости эти звезды восхищаются блестящими синими гигантами, температура поверхности которых достигает 30 000 градусов Цельсия. Между тем, более скромные звезды, такие как Солнце, живут намного дольше и светятся умеренно в течение 5–15 миллиардов лет при более низких температурах поверхности (5000–10 000 градусов). С). Внутри всех звезд ядерные печи обеспечивают энергию, необходимую для создания видимого света. По мере созревания звезды ее ядерная печь растет на поверхности и испускает все больше и больше радиации. В определенной точке давление ядра становится настолько сильным, что внешняя атмосфера звезды многократно раздувается. Эта диффузная низкотемпературная газовая оболочка сообщает астрономам, что звезда очень продвинута в возрасте и приближается к концу своего жизненного цикла.
Но таких «красных гигантов» среди S-звезд в Центральном Млечном Пути нет.
Все звезды рождаются в скоплениях и образуют ассоциации. Это должно включать S-звезды около SMBH. Звездные скопления выпадают в виде группы из больших областей небулярной пыли и первичного газа. Хотя скопления звезд гравитационно связаны друг с другом, приливные силы из центра галактики могут разлучить их на протяжении миллионов лет. Отдельные звезды внутри таких скоплений затем спиральн внутрь к ядру галактики. Когда это происходит, эти звезды должны стареть, чтобы стать «звездами внутри звезд» - высоко сияющими голубыми звездными ядрами, окутанными огромными набухшими газообразными оболочками красного гиганта. В своей статье «Звезды Галактического Центра» (опубликованной 21 марта 2005 г.) авторы продолжают: «Звезды S вращаются в области, где приливные силы из центральной сверхмассивной черной дыры препятствуют образованию звезд».
Согласно современному астрономическому мышлению S-звезды также должны образовываться в скоплениях, и эти скопления должны возникать вдали от приливных сил вблизи ядра галактики. Конечно, у S-звезд цикл рождения может отличаться от других звезд. Одна идея, исследованная теоретиками, заключается в том, что центральные S-звезды образуются в результате недавних столкновений между плотными молекулярными облаками вблизи Центрального Млечного Пути. Другое понятие состоит в том, что они могут быть извлечены из аккреционного диска, окружающего сам SMBH. Чтобы учесть их светимость и высокие температуры (30K градусов C), S-звезды должны иметь промежуточные массы (~ 10 солнечных) и жить относительно короткими жизненными циклами (~ 10 Myrs). Из-за этих ограничений все основные S-звезды должны быть относительно молодыми, а новые должны постоянно образовываться.
«Правдоподобная альтернативная картина заключается в том, что S-звезды являются результатом погружения массивных звездных скоплений к черной дыре в результате динамического трения. Однако приливы разрушают такие скопления на расстояниях, значительно превышающих область наблюдаемых S-звезд. Для питания S-звезд необходимо рассеяние на близких радиальных орбитах за счет гравитационного взаимодействия с другими звездами. Однако этот процесс происходит в масштабе времени, который значительно превысил бы время жизни главной звезды таких звезд наблюдаемых температур ». пишет пару.
По сути, основные S-звезды должны быть либо очень молодыми и доставляться в область SMBH по неизвестному механизму, либо они должны быть намного старше, чем считалось, и каким-то образом становиться «молодыми», взаимодействуя с черной дырой и ее ближайшими окрестностями. Может ли быть «фонтан звездной молодости» в центре Галактики Млечный Путь?
«Зачистка звезд решает проблему рождения», - говорят авторы. «… Единственные звезды, которые можно идентифицировать как красные гиганты Галактического Центра, теряют свои оболочки и вместо этого превращаются в S-звезды». Ядра S-звезд прошли процесс рождения и созревания скопления, аналогичный нашему Солнцу. Поскольку они могут быть менее массивными, чем считалось ранее (~ 1-4 солнечных масс), у них было больше времени, чтобы двигаться к ядру.
Направленные внутрь гравитационным рассеянием от более массивных звезд, эти стареющие красные гиганты получают космическую «подтяжку лица» - когда приливные силы черной дыры отрывают свои внешние кожухи, чтобы присоединиться к другим газам, питающим сам SMBH. Из-за того, что долгое время считалось более долгим, у этих звезд меньшей массы было достаточно времени, чтобы прибыть в ядро галактики из более отдаленных скоплений. Тот факт, что они потеряли свои кожухи, объясняет их относительный блеск, высокие температуры и явную молодость.
Есть ли у нашего собственного Солнца такое будущее до него?
По словам Мелвина Дэвиса, «нет, солнце не постигнет та же участь. Мы слишком далеко от галактического центра. Мы на расстоянии около 30000 световых лет от черной дыры; звезды, рассеивающиеся внутри, появились гораздо ближе, конечно, не дальше, чем около 3000 световых лет ». Профессор Эндрю Кинг добавляет: «У Солнца нет близкого спутника, который мог бы нарушить его нормальную эволюцию. Так что в конечном итоге он станет красным гигантом и превратится в заурядного белого карлика ».
Что ж, может показаться, что в центре галактики нет источника молодости для Солнца.
Автор Джефф Барбур
