Większość gwiazd Drogi Mlecznej - takich jak nasze Słońce - porusza się na blisko okrągłych orbitach o długości milionów lat, niezakłócone przez supermasywną czarną dziurę (SMBH) pośrodku galaktyki. Ale w Drodze Mlecznej gwiazdy mogą wykazywać niezwykle szalone i ekscentryczne ruchy. Osoby najbliższe SMBH spędzają większość czasu w pobliżu aphelium - z dala od horyzontu wydarzeń. Ale bezlitosny chwyt grawitacyjny SMBH wkrótce przyciąga ich ponownie do wnętrza w kierunku peryhelium. Gdy gwiazdy te tracą równowagę w studni grawitacyjnej SMBH, przyspieszają gwałtownie - unikając całkowitego rozpuszczenia z powodu wyjątkowo wysokiego momentu pędu orbity.
Takie „gwiazdy S” zostały po raz pierwszy zidentyfikowane przez dwa niezależne zespoły astronomów (jeden prowadzony przez Reinharda Genzela z Instytutu Maxa Plancka w Garching, Niemcy, a drugi przez Andreę Ghez z UCLA) w 2002 r. Ze względu na wysokie stężenie gazu i pył otaczający jądro galaktyczne, zespoły musiały wykryć te wysoce ruchome źródła za pomocą światła podczerwonego. Szukając przesunięć w widmach gwiazd i określając, jak szybko poruszają się w stosunku do innych obiektów, można uzyskać dokładne orbity. W ciągu trzech lat od ich odkrycia jedna gwiazda S (S2) prawie zakończyła pełną orbitę SMBH Drogi Mlecznej.
Ale jest coś bardzo osobliwego w gwiazdach S. W oparciu o obecne modele ewolucji gwiazd, gwiazdy te powinny być bardzo stare - ale jakoś udało się zachować wszystkie cechy młodości.
Astronomowie teoretyczni Melvyn Davies z Lund Observatory, Szwecja i Andrew King z University of Leicester, Wielka Brytania mają odpowiedź: „Nasze zdjęcie jednocześnie wyjaśnia, dlaczego gwiazdy S mają ściśle związane orbity i obserwowane wyczerpanie czerwonych gigantów w samym centrum Galaktyki. ” Większość gwiazd wokół nas (poza Milky Way Central) ma dobrze rozumiane cykle życia. Gwiazdy te przechodzą przez „główną sekwencję” rozwoju - powstające jako duże ciała o niskiej temperaturze z tlącymi się centralnymi piecami termojądrowymi i kończące się jako małe białe krasnoludy promieniujące „ciepłem” jako widzialnym światłem, cicho odpoczywające w mroku ich niebiańskiej kariery.
Przeznaczenie gwiazdy zależy przede wszystkim od jej masy. Supermasywne gwiazdy (nawet 150 Słońca) żyją bardzo szybko i przetrwają zaledwie pięćdziesiąt tysięcy lat. W młodości gwiazdy te radują się jak olśniewające niebieskie olbrzymy o temperaturach powierzchni sięgających 30 000 stopni C. Tymczasem gwiazdy skromniejsze, takie jak Słońce, żyją znacznie dłużej, świecąc umiarkowanie przez 5 do 15 miliardów lat w niższych temperaturach powierzchni (5000 - 10 000 stopni) DO). We wszystkich gwiazdach piece jądrowe dostarczają energię potrzebną do wytworzenia światła widzialnego. Gdy gwiazda dojrzewa, jej piec jądrowy rośnie na powierzchni i emituje coraz więcej promieniowania. W pewnym momencie ciśnienie promieniowania rdzenia staje się tak intensywne, że zewnętrzna atmosfera gwiazdy puchnie wiele razy. Ta rozproszona, niskotemperaturowa otoczka gazowa mówi astronomom, że gwiazda jest bardzo zaawansowana pod względem wieku i zbliża się do końca swojego cyklu życia.
Ale nie ma takich „czerwonych gigantów” wśród gwiazd S w Milky Way Central.
Wszystkie gwiazdy rodzą się w gromadach i tworzą skojarzenia. Powinno to obejmować gwiazdy S w pobliżu SMBH. Gromady gwiazd wytrącają się jako grupa z dużych obszarów pyłu mgławicowego i pierwotnego gazu. Chociaż gwiazdy gromady są związane grawitacyjnie, siły pływowe z centrum galaktyki mogą je rozerwać na miliony lat. Poszczególne gwiazdy w takich gromadach kręcą się następnie w kierunku rdzenia galaktyki. Gdy tak się dzieje, gwiazdy te powinny starzeć się, by stać się „gwiazdami w gwiazdach” - wysoko promieniujące niebieskie rdzenie gwiezdne otoczone ogromnie spuchniętymi gazowymi czerwono-gigantycznymi otoczkami. W artykule „Gwiazdy Centrum Galaktycznego” (opublikowanym 21 marca 2005 r.) Autorzy mówią dalej: „Gwiazdy S krążą w regionie, w którym siły pływowe z centralnej supermasywnej czarnej dziury zapobiegają tworzeniu się gwiazd”.
Zgodnie z obecnym myśleniem astronomicznym gwiazdy S powinny również tworzyć się w gromady, a gromady te muszą pochodzić z dala od sił pływowych w pobliżu jądra galaktyki. Oczywiście możliwe jest, że gwiazdy S będą miały inny cykl narodzin niż inne gwiazdy. Jednym z pomysłów badanych przez teoretyków jest to, że rdzeniowe gwiazdy S powstają w wyniku niedawnych zderzeń gęstych chmur molekularnych w pobliżu Mlecznej Drogi Centralnej. Innym pojęciem jest to, że mogą zostać odwirowane z dysku akrecyjnego otaczającego samą SMBH. Aby uwzględnić ich jasność i wysokie temperatury (30 K stopni C), gwiazdy S muszą mieć masy pośrednie (~ 10 Słońca) i żyć stosunkowo krótkimi cyklami życia (~ 10 Myrs). Z powodu tych ograniczeń wszystkie gwiazdy S muszą być względnie młode, a nowe muszą stale się tworzyć.
„Prawdopodobnym alternatywnym obrazem jest to, że gwiazdy S powstają w wyniku zatapiania się masywnych gromad gwiazdowych w kierunku czarnej dziury przez tarcie dynamiczne. Jednak pływy zakłócają takie gromady w odległościach znacznie bardziej oddalonych niż obszar obserwowanych gwiazd S. Dostarczenie gwiazdom S wymaga rozproszenia na prawie orbitach promieniowych w wyniku oddziaływania grawitacyjnego z innymi gwiazdami. Jednak proces ten zachodzi w skali czasowej, która znacznie przekraczałaby czas życia takich gwiazd w obserwowanych temperaturach. ” pisze parę.
W rzeczywistości, rdzeniowe gwiazdy S muszą albo być bardzo młode i dostarczone do regionu SMBH jakimś nieznanym mechanizmem, albo muszą być znacznie starsze niż sądzono i w jakiś sposób zostać „młodzieńcze” poprzez interakcję z czarną dziurą i jej bezpośrednim otoczeniem. Czy w centrum Galaktyki Drogi Mlecznej mogłaby znajdować się „fontanna gwiezdnej młodości”?
„Rozbieranie gwiazd rozwiązuje problem narodzin” - mówią autorzy. „… Jedyne gwiazdy potencjalnie identyfikowalne jako czerwone olbrzymy Centrum Galaktycznego tracą swoje otoczki i zamiast tego zamieniają się w gwiazdy S.” Rdzeniowe gwiazdy S przeszły proces narodzin i dojrzewania gromad podobnych do naszego Słońca. Ponieważ mogą być mniej masywne, niż kiedyś sądzono (~ 1–4 masy Słońca), mieli więcej czasu, aby zbliżyć się do rdzenia.
Napędzane do wewnątrz przez rozproszenie grawitacyjne z bardziej masywnych gwiazd, te starzejące się czerwone olbrzymy otrzymują kosmiczny „lifting twarzy” - gdy siły pływowe czarnej dziury zdzierają zewnętrzne osłony, aby połączyć się z innymi gazami napędzającymi samą SMBH. Z powodu większej niż kiedyś myśli o długowieczności, te gwiazdy o niższej masie miały wystarczająco dużo czasu, aby dotrzeć do jądra galaktycznego z bardziej odległych gromad. Fakt, że stracili całun, tłumaczy ich względny blask, wysokie temperatury i pozorną młodość.
Czy nasze własne Słońce ma przed sobą taką przyszłość?
Według Melvyn Davies: „Nie, słońce nie spotka ten sam los. Jesteśmy zbyt daleko od centrum galaktyki. Jesteśmy około 30000 lat świetlnych od czarnej dziury; gwiazdy, które się rozproszyły, przybyły z bliska, z pewnością nie dalej niż około 3000 lat świetlnych. ” Profesor Andrew King dodaje: „Słońce nie ma bliskiego towarzysza, który mógłby zakłócić jego normalną ewolucję. W końcu stanie się czerwonym olbrzymem i przekształci się w zwykłego białego karła. ”
Wygląda na to, że Sol nie ma fontanny młodości w centrum galaktyki.
Wpisany przez Jeff Barbour
