Iako su u poodmakloj dobi, neke zvijezde koje kruže oko središnje supermasivne crne rupe Mliječne staze pokazuju neočekivanu mladolikost. Međutim, za razliku od ljudi koji mogu izgledati pomlađeno zahvaljujući estetskim tretmanima, ove zvijezde svoj mladoliki izgled duguju znatno mračnijem razlogu.

One su, naime, "proždirale" svoje susjede.

Ovo otkriće predstavlja jedan od zanimljivijih zaključaka istraživanja Sveučilišta Northwestern. Znanstvenici su koristeći novi model proučavali nasilne putanje tisuću simuliranih zvijezda koje orbitiraju oko središnje supermasivne crne rupe naše galaksije, Sagittariusa A* (Sgr A*).

Regija oko ove crne rupe je iznimno gusto naseljena zvijezdama, što često rezultira brutalnim sudarima zvijezda. Simulacijom učinaka ovih intenzivnih sudara, istraživanje je pokazalo da preživjele zvijezde mogu izgubiti masu te postati zvijezde smanjene mase ili se mogu spojiti s drugim zvijezdama, postajući tako masivnije i vizualno pomlađene.

"Područje oko središnje crne rupe je ispunjeno zvijezdama koje se kreću izuzetno velikim brzinama," objasnila je Sanaea C. Rose s Northwesterna, koja je vodila istraživanje. "To je pomalo kao da se probijate kroz iznimno gužvu na postaji podzemne željeznice u New Yorku tijekom špice. Ako se ne sudarate s drugim ljudima, onda prolazite vrlo blizu njih. Za zvijezde, čak i ovi bliski prolasci uzrokuju gravitacijske interakcije. Željeli smo istražiti što ti sudari i interakcije znače za populaciju zvijezda i karakterizirati njihove ishode."

Rose je svoje istraživanje predstavila danas (4. travnja) na godišnjem sastanku Američkog fizičkog društva (APS) u Sacramentu, Kalifornija. "Sudari zvijezda u centru galaksije" bila je tema sjednice "Astrofizika čestica i centar galaksije".

Rose je Lindheimer postdoktorska suradnica na Centru za interdisciplinarna istraživanja i istraživanja u astrofizici (CIERA) na Northwesternu. Na ovom istraživanju počela je raditi kao doktorandica na UCLA-u, gdje ju je savjetovala astrofizičarka i bivša postdoktorska suradnica na Northwesternu, Smadar Naoz.

Središte naše Mliječne staze predstavlja neobično i divlje područje. Gravitacijska privlačnost Sagittariusa A* (Sgr A*) zvijezde ubrzava do takvih brzina da se one oko svojih orbita kreću s užasavajućim brzinama. A broj zvijezda smještenih u centru galaksije procjenjuje se na više od milijun. Gusto naseljeni skup zvijezda zajedno s munjevitim brzinama rezultira u visokobrzoj demolicijskoj utrci. U najbližem području — unutar 0,1 parseka od crne rupe — malo koja zvijezda ostaje neozlijeđena.

"Najbliža zvijezda našem suncu udaljena je oko četiri svjetlosne godine," objašnjava Rose. "Na istoj toj udaljenosti blizu supermasivne crne rupe, nalazi se više od milijun zvijezda. To je nevjerojatno gusto naseljeno područje. Osim toga, supermasivna crna rupa ima vrlo snažnu gravitacijsku privlačnost. Dok orbitiraju oko crne rupe, zvijezde se mogu kretati tisućama kilometara u sekundi."

Unutar ovog tijesnog, užurbanog susjedstva, zvijezde se mogu sudariti s drugim zvijezdama. Što su zvijezde bliže supermasivnoj crnoj rupi, veća je vjerojatnost sudara. Zainteresirani za ishode ovih sudara, Rose i njezini suradnici razvili su simulaciju kako bi pratili sudbine zvjezdanih populacija u centru galaksije. Simulacija uzima u obzir nekoliko faktora: gustoću zvjezdanog skupa, masu zvijezda, brzinu orbite, gravitaciju i udaljenost od Sgr A*.

Od „nasilnih visokih petica“ do potpunih spajanja U svojem istraživanju, Rose je istaknula jedan faktor koji najviše vjerojatno određuje sudbinu zvijezde: njezinu udaljenost od supermasivne crne rupe.

Unutar 0,01 parseka od crne rupe, zvijezde — koje se kreću brzinama koje dosežu tisuće kilometara u sekundi — neprestano se sudaraju jedne s drugima. Rijetko je riječ o direktnom sudaru, već više o „nasilnoj visokoj petici“, kako to Rose opisuje. Udarci nisu dovoljno jaki da potpuno unište zvijezde. Umjesto toga, one gube svoje vanjske slojeve i nastavljaju se kretati stazom sudara.

"Sudaraju se jedna s drugom i nastavljaju dalje," rekla je Rose. "Samo se okrznuti kao da izmjenjuju izuzetno nasilan pozdrav dlanom. To uzrokuje da zvijezde izbace neki materijal i izgube svoje vanjske slojeve. Ovisno o brzini kojom se kreću i koliko se preklapaju kada dođe do sudara, mogu izgubiti priličnu količinu svojih vanjskih slojeva. Ovi destruktivni sudari rezultiraju populacijom čudnih, oskudnih, zvijezda smanjene mase."

Izvan 0,01 parseka, zvijezde se kreću opuštenijim tempom — stotinama kilometara u sekundi, za razliku od tisuća. Zbog sporijih brzina, ove zvijezde se sudaraju jedna s drugom, ali nemaju dovoljno energije da pobjegnu. Umjesto toga, spajaju se i postaju masivnije. U nekim slučajevima, mogu se čak i više puta spojiti i postati 10 puta masivnije od našeg sunca.

"Nekoliko zvijezda dobiva na lutriji sudara," rekla je Rose. "Kroz sudare i spajanja, ove zvijezde sakupljaju više vodika. Iako su nastale iz starije populacije, one se pretvaraju da su pomlađene, mladolike zvijezde. One su poput zombi zvijezda; jedu svoje susjede."

Ali mladolik izgled dolazi uz cijenu kraćeg životnog vijeka.

"Umru vrlo brzo," rekla je Rose. "Masivne zvijezde su poput velikih, benzinskih automobila. Počinju s puno vodika, ali ga vrlo, vrlo brzo troše."

Ekstremno okruženje 'kao nijedno drugo' Iako Rose pronalazi jednostavno zadovoljstvo u proučavanju bizarnog, ekstremnog područja blizu centra naše galaksije, njezin rad također može otkriti informacije o povijesti Mliječne staze. Budući da je centralni skup izuzetno teško promatrati, simulacije njezinog tima mogu osvijetliti inače skrivene procese.

"To je okruženje kao nijedno drugo," rekla je Rose. "Zvijezde, koje su pod utjecajem supermasivne crne rupe u vrlo gusto naseljenom području, nisu ništa što ćemo ikada vidjeti u vlastitom sunčevom susjedstvu. Ali ako možemo saznati više o ovim zvjezdanim populacijama, možda ćemo moći saznati nešto novo o tome kako je središte galaksije bilo sastavljeno. U najmanju ruku, svakako pruža točku kontrasta za susjedstvo u kojem živimo."

Izvor: Northwestern University