Zombiju zvaigznes Piena Ceļa centrā nepakļaujas laikam

Jauni pētījumi izseko planētas tuvumā dzīvojošo zvaigžņu likteni piena ceļšCentralitāte Melnais caurums.

Neskatoties uz savu seno vecumu, dažas zvaigznes, kas riņķo ap Piena Ceļa centrālo supermasīvo melno caurumu, izskatās maldinoši jaunas. Taču atšķirībā no cilvēkiem, kuri pēc jaunas kolagēna injekcijas var izskatīties atjaunojušies, šīs zvaigznes izskatās jauneklīgas tumšāka iemesla dēļ.

Viņi ēda savus kaimiņus.

Šis ir tikai viens no pārsteidzošākajiem rezultātiem no jaunā Ziemeļrietumu universitāte pētījumiem. Izmantojot jaunu modeli, astrofiziķi izsekoja 1000 simulētu zvaigžņu vardarbīgajiem ceļojumiem, kas riņķo ap mūsu galaktikas centrālo supermasīvo melno caurumu Strēlnieks A* (Sgr A*).

Tā kā tas ir tik pārpildīts ar zvaigznēm, reģionā bieži notiek brutālas zvaigžņu sadursmes. Imitējot šo intensīvo sadursmju sekas, jaunais darbs atklāj, ka sadursmēs izdzīvojušie var zaudēt masu, lai kļūtu par tukšām, zemas masas zvaigznēm, vai saplūst ar citām zvaigznēm, lai kļūtu masīvas un atjaunotas.

“Reģions ap centrālo melno caurumu ir blīvs ar zvaigznēm, kas pārvietojas ļoti lielā ātrumā,” sacīja Sanija C. Roza no Ziemeļrietumu universitātes, kas vadīja pētījumu. “Tas ir mazliet kā skriet cauri neticami pārpildītai metro stacijai Ņujorkā sastrēguma stundās. Ja jūs nesaskarsities ar citiem cilvēkiem, jūs ejat viņiem garām. Zvaigznēm šīs ciešās sadursmes joprojām izraisa mijiedarbību ar gravitāciju. Mēs vēlējāmies izpētīt, ko šīs sadursmes un mijiedarbības nozīmē zvaigznēm, un to rezultātu aprakstu.

Šajā ilustrācijā parādītas zvaigžņu orbītas ļoti tuvu Strēlniekam A* — supermasīvajam melnajam caurumam Piena ceļa centrā. Avots: ESO / L. Calçada / Spaceengine.org

Rose iepazīstināja ar šo pētījumu šodien (4. aprīlī) Amerikas Fizikas biedrības (APS) aprīļa sanāksmē Sakramento, Kalifornijā. “Zvaigžņu sadursmes galaktikas centrā” bija daļa no sesijas “Astrodaļiņu fizika un galaktikas centrs”.

Roze ir Lindheimera pēcdoktorantūra Northwestern Astrofizikas starpdisciplinārās izpētes un pētniecības centrā (CIERA). Es sāku šo darbu kā Ph.D. Kandidāts iekšā Kalifornijas UniversitāteViņu konsultēja astrofiziķis un bijušais Ziemeļrietumu universitātes pēcdoktorants Smadars Naozs.

Nolemts sadurties

Mūsu Piena Ceļa galaktikas centrs ir dīvaina un mežonīga vieta. Strēlnieka A* gravitācijas spēks paātrina zvaigžņu rotāciju ap to orbītām šausminošā ātrumā. Milzīgais galaktikas centrā drūzmēto zvaigžņu skaits sasniedz vienu miljonu zvaigžņu. Blīvi iesaiņots komplekts un milzīgs ātrums ir vienāds ar ātrgaitas nojaukšanas derbiju. Visdziļākajā reģionā — 0,1 parseka rādiusā no melnā cauruma — dažas zvaigznes izkļūst neskartas.

“Mūsu saulei tuvākā zvaigzne atrodas apmēram četru gaismas gadu attālumā,” paskaidroja Roze. “Un tādā pašā attālumā netālu no supermasīvā melnā cauruma atrodas vairāk nekā miljons zvaigžņu. Tā ir neticami pārpildīta apkārtne. Turklāt supermasīvajam melnajam caurumam ir ļoti spēcīga gravitācija. Kad tās riņķo ap melno caurumu, zvaigznes var kustēties. ar tūkstošiem kilometru sekundē.”

Un šajā šaurajā, drudžainajā apkārtnē zvaigznes var sadurties ar citām zvaigznēm. Jo tuvāk zvaigznes nonāk supermasīvajam melnajam caurumam, jo ​​lielāka ir to sadursmes iespējamība. Vēloties par šo sadursmju rezultātiem, Roza un viņas līdzstrādnieki izstrādāja simulācijas, lai izsekotu zvaigžņu kopu likteņiem galaktikas centrā. Simulācijā tiek ņemti vērā vairāki faktori: zvaigžņu masas blīvums, zvaigžņu masa, orbītas ātrums, gravitācija un attālumi no Strēlnieka A*.

No “vardarbīgiem pieciniekiem” līdz pilnīgai apvienošanai

Savā pētījumā Roza ir identificējusi vienu faktoru, kas, visticamāk, noteiks zvaigznes likteni: tās attālums no supermasīvā melnā cauruma.

0,01 parseka attālumā no melnā cauruma zvaigznes, kas pārvietojas ar ātrumu tūkstošiem kilometru sekundē, pastāvīgi saduras viena ar otru. Reti tā ir frontāla sadursme, bet vairāk līdzinās “brutālam nokautam”, kā to raksturo Rouzs. Trieciens nav pietiekami spēcīgs, lai pilnībā sagrautu zvaigznes. Tā vietā viņi nomet savus ārējos slāņus un turpina braukt pa sadursmes ceļu.

“Viņi saduras viens ar otru un turpina iet,” sacīja Roze. “Viņi apmainās viens ar otru, it kā apmainītos ar ļoti spēcīgiem sitieniem. Tādējādi zvaigznes izgrūž daļu materiāla un zaudē ārējos slāņus. Atkarībā no tā, cik ātri tās pārvietojas un cik lielā mērā tās pārklājas, kad saduras, tās var zaudēt ievērojamu daļu To ārējie slāņi. Šo destruktīvo sadursmju rezultātā veidojas dīvainu, zemas masas zvaigžņu grupa.

Pārsniedzot 0,01 parseku, zvaigznes pārvietojas mierīgākā tempā – simtiem kilometru sekundē, nevis tūkstošiem. Lēna ātruma dēļ šīs zvaigznes saduras viena ar otru, bet pēc tam tām nav pietiekami daudz enerģijas, lai aizbēgtu. Tā vietā tie saplūst, lai kļūtu masīvāki. Dažos gadījumos tie var apvienoties vairākas reizes, lai kļūtu desmit reizes lielāki par mūsu Sauli.

“Dažas zvaigznes uzvar sadursmes loterijā,” sacīja Rouzs. “Sadursmju un saplūšanas rezultātā šīs zvaigznes uzkrāj vairāk ūdeņraža. Lai gan tās veidojās no vecākiem cilvēkiem, tās maskējas kā atjaunotas zvaigznes. Tās ir kā zombiju zvaigznes. Viņi ēd savus kaimiņus.”

Taču jauneklīgs izskats maksā īsāku dzīves ilgumu.

“Viņi mirst ļoti ātri,” sacīja Roze. “Masīvās zvaigznes ir kā milzīgas automašīnas, kas patērē daudz degvielas. Tās sākas ar lielu ūdeņraža daudzumu, taču tās ļoti ātri sadedzina.”

“Nepārspējama” skarbā vide

Lai gan Rozei ir vienkāršs prieks pētīt ekstrēmo un dīvaino reģionu netālu no mūsu galaktikas centra, viņas darbs var arī atklāt informāciju par Piena Ceļa vēsturi. Tā kā centrālo kopu ir grūti uzraudzīt, viņas komandas simulācijas varētu izgaismot slēptos procesus.

“Tā ir vide, kas nav līdzīga nevienai citai,” sacīja Roze. “Zvaigznes, kas atrodas supermasīva melnā cauruma ietekmē ļoti pārpildītā reģionā, nav līdzīgas nevienam, ko mēs jebkad redzēsim mūsu Saules apkaimē. Taču, ja mēs spēsim identificēt šīs zvaigžņu kopas, mēs, iespējams, varēsim uzzināt par to kaut ko jaunu. kā tiek salikts galaktikas centrs. Vismaz novērtējot, tas noteikti rada kontrasta punktu apkārtnei, kurā mēs dzīvojam.

Rozes prezentācijā APS bija iekļauti viņas publicētie pētījumi uz Astrofizikas žurnālu vēstules 2024. gada martā un līdz plkst uz Astrofizikas žurnāls 2023. gada septembrī.

Atsauces:

Sanya C. “Kodolzvaigžņu kopu blīvuma profilu sadursmes modulācija”. Rouzs un Morgans Makleods, 2024. gada 22. februāris, Astrofizikas žurnālu vēstules.
doi: 10.3847/2041-8213/ad251f

Sana C. Rose, Smadar Naoz, Reem Sari un Itay Lineal “Zvaigžņu sadursmes galaktikas centrā: masīvas zvaigznes, sadursmju paliekas un pazudušie sarkanie milži”, 2023. gada 14. septembris, Astrofizikas žurnāls.
doi: 10.3847/1538-4357/acee75

Šo darbu atbalstīja Nacionālais zinātnes fonds (granta Nr. AST 2206428) un NASA (Grants Nr. 80NSSC20K050), kā arī no Charles E. Young stipendijas, UCLA disertācijas gada stipendijas, Tāšera stipendijas, Bhowmick institūta un CIERA Lindheimer stipendijas.