Більшість зірок Чумацького Шляху - як-от наше власне Сонце - рухаються по майже круглих орбітах, не порушених надмасивною чорною дірою (SMBH) посеред галактики. Але на Чумацькому шляху Центральні зірки можуть демонструвати незвично френетичні та дуже ексцентричні рухи. Найближчі до СМБХ проводять більшу частину свого часу біля афелія - далеко від його горизонту подій. Але невблаганний гравітаційний захват СМББ незабаром знову втягує їх у бік перігеліону. Коли ці зірки добре втрачають опору в силі тяжіння СМБХ, вони швидко прискорюються - лише уникаючи повного розчинення через надзвичайно високий круговий імпульс орбіти.
Такі "S-зірки" були вперше ідентифіковані двома незалежними командами астрономів (одна під керівництвом Рейнхарда Гензеля з Інституту Макса Планка в Гарчінгу, Німеччина, а друга - Андреа Гез з UCLA) у 2002 р. Через високі концентрації газу та пил, що оточує галактичне ядро, командам довелося виявляти ці високомобільні джерела за допомогою інфрачервоного світла. Шукаючи зрушення в спектрах зірок і визначаючи, наскільки швидко вони рухаються по відношенню до інших об'єктів, можна було отримати точні орбіти. За три роки з часу їх відкриття одна S-зірка (S2) майже закінчила повну орбіту SMBH Чумацького Шляху.
Але в S-зірках є щось дуже своєрідне. Спираючись на сучасні моделі еволюції зірок, ці зірки повинні бути дуже старими - але якось зуміли зберегти всі характеристики молодості.
Теоретичні астрономи Мелвін Девіс з обсерваторії Лунда, Швеція та Ендрю Кінг з Університету Лестера, Великобританія, мають відповідь: «Наша картина одночасно пояснює, чому у зірок S є тісно пов'язані орбіти та спостерігається виснаження червоних гігантів у самому центрі Галактики ». Більшість зірок, які бачили навколо нас (за межами Чумацького шляху), добре зрозуміли життєві цикли. Ці зірки проходять через "основну послідовність" розвитку - походять як великі низькотемпературні тіла, що мають тліючі печі центрального плавлення і закінчуються маленькими білими гномами, що випромінюють "тепло" як видиме світло, при цьому тихо охолоджуючись у сутінках їх небесних кар'єр.
Доля зірки визначається насамперед її масою. Супермасивні зірки (цілих 150 Сонців) живуть дуже швидким життям і виживають цілих п'ятдесят тисяч років. Під час молодості ці зірки випромінюють як блискучих синіх гігантів з поверхневою температурою до 30 000 градусів С. Тим часом більш скромні зірки, такі як Сонце, живуть набагато довше, помірковано світячись протягом 5 - 15 мільярдів років при нижчих температурах поверхні (5000 - 10 000 градусів) В). У всіх зірках ядерні печі забезпечують енергією, необхідною для створення видимого світла. У міру дозрівання зірки її ядерна піч росте на поверхні, і вона випромінює все більше і більше випромінювання. У певний момент тиск випромінювання в ядрі стає настільки інтенсивним, що зовнішня атмосфера зірки багато разів набрякає. Ця дифузна низькотемпературна газоподібна оболонка говорить астрономам про те, що зірка добре розвинена у віці та наближається до кінця свого життєвого циклу.
Але таких «червоношкірих» серед S-зірок у «Чумацькому шляху» немає.
Всі зірки розбиваються в скупчення і утворюють асоціації. Сюди слід віднести S-зірки біля SMBH. Зоряні скупчення осаджуються як група з великих областей туманного пилу та споконвічного газу. Хоча скупчення зірок гравітаційно пов'язані між собою, сили припливів від центру галактики можуть розривати їх протягом мільйонів років. Окремі зірки всередині таких скупчень потім спірально проникають всередину ядра галактики. У цьому випадку ці зірки повинні старіти, щоб стати "зірками всередині зірок" - сильно сяючими синіми зоряними сердечниками, оповитими надзвичайно набряклими газоподібними червоними гігантськими оболонками. У своїй роботі "Зірки Галактичного центру" (опублікована 21 березня 2005 р.) Автори продовжують говорити: "Зоряні орбіти орбіти в регіоні, де сили припливів із центральної надмасивної чорної діри перешкоджають утворенню зірок".
Згідно з сучасним астрономічним мисленням, зірки також повинні утворюватися у скупченнях, і ці скупчення повинні зароджуватися далеко від сил припливів поблизу ядра галактики. Звичайно, для S-зірок можливий різний цикл народження від інших зірок. Однією з ідей, яку досліджували теоретики, є те, що основні S-зірки утворюються в результаті нещодавніх зіткнень між щільними молекулярними хмарами поблизу Центрального Чумацького Шляху. Інша думка полягає в тому, що вони можуть бути виведені з накопичувального диска, що оточує сам SMBH. Для врахування їх освітленості та високих температур (30К градусів С) зірки S повинні мати проміжні маси (~ 10 сонячних батарей) і жити відносно короткими життєвими циклами (~ 10 Мір). Через ці обмеження всі основні S-зірки повинні бути відносно молодими, і нові повинні формуватися постійно.
“Вірогідна альтернативна картина - це те, що S-зірки виникають в результаті потоплення масивних зоряних скупчень у бік чорної діри динамічним тертям. Однак припливи руйнують такі скупчення на відстані набагато далі, ніж область спостережуваних S-зірок. Для подачі S-зірок потрібно розсіювання на близькі радіальні орбіти гравітаційними взаємодіями з іншими зірками. Однак цей процес відбувається в часовому масштабі, який би значно перевищив час основної послідовності таких зірок спостережуваних температур ». пише пару.
Ефективно, основні Зоряні зірки повинні бути дуже юнацькими і доставленими в область СМБХ за допомогою якогось невідомого механізму, або вони повинні бути набагато старшими, ніж думали, і якось робляться "юнацькими", взаємодіючи з чорною дірою та її найближчим оточенням. Чи може в центрі Галактики Чумацького Шляху бути "фонтан зоряної молоді"?
"Знімання зірок вирішує проблему народження", - стверджують автори. "... єдині зірки, які потенційно ідентифікуються як Галактичний центр, червоні гіганти втрачають конверти і замість цього перетворюються на зірки S". Основні S-зірки пройшли процес народження та дозрівання кластера, схожий на наше Сонце. Оскільки вони можуть бути менш масивними, ніж колись думали (~ 1-4 маси сонячної маси), у них було більше часу, щоб рухатися до ядра.
Загнані всередину гравітаційним розсіюванням від більш масивних зірок, ці старі червоні гіганти отримують космічний «підйом обличчя» - коли припливні сили чорної діри відштовхують їх зовнішні плащі, щоб приєднатися до інших газів, що підживлюють саму СМББ. Через більш тривалість довговічності ці зірки нижчої маси мали достатньо часу, щоб прибути до ядра галактики з більш віддалених скупчень. Те, що вони втратили свої плащаниці, пояснює їх відносний блиск, високу температуру та видиму молодість.
Чи має наше власне Сонце таке майбутнє перед ним?
За словами Мелвіна Девіс, "Ні, сонце не спіткає тієї самої долі. Ми занадто далеко від галактичного центру. Ми знаходимося близько 30000 світлових років від чорної діри; зірки, що розсипаються, прийшли з набагато ближчих, безумовно, не більше ніж за 3000 світлових років ». Професор Ендрю Кінг додає: «Сонце не має близького супутника, який міг би порушити його нормальну еволюцію. Таким чином, він з часом стане червоним гігантом і перетвориться на білого гнома, що перебуває під млином ».
Що ж, здавалося б, що в центрі галактики для Соля все-таки немає джерела молодості.
Автор Джефф Барбур
