Астрономы предложили новое объяснение происхождения одной из самых известных загадок нашей Галактики — необычных молодых звёзд, вращающихся вокруг сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A* (Sgr A*). Согласно новой модели, все эти звёзды могли возникнуть одновременно из одного газового диска, а их нынешние необычные орбиты сформировались под влиянием ещё одного массивного объекта, скрывающегося неподалёку от центра Млечного Пути.
Если гипотеза подтвердится, она позволит впервые объединить сразу несколько ранее противоречивых наблюдений в единую картину и лучше понять процессы, происходящие в самых экстремальных областях нашей Галактики.
Почему молодые звёзды у чёрной дыры стали большой проблемой
В самом центре Млечного Пути находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*. Её масса примерно в четыре миллиона раз превышает массу Солнца.
Казалось бы, столь мощная гравитация должна мешать образованию новых звёзд. Газовые облака, из которых обычно рождаются светила, испытывают сильнейшее приливное воздействие и могут разрушаться ещё до начала процесса звездообразования.
Тем не менее наблюдения показали, что в непосредственной близости от чёрной дыры находятся десятки молодых массивных звёзд возрастом менее 15 миллионов лет. Само их существование уже давно считается одной из самых сложных загадок современной астрофизики.
Не одна, а сразу три загадочные группы
Дополнительную сложность создаёт то, что молодые звёзды распределены не хаотично.
Астрономы выделяют три основные группы.
Первая — так называемые S-звёзды. Они находятся ближе всего к Стрельцу A* и движутся по очень вытянутым орбитам, наклонённым под самыми разными углами.
Вторая группа представляет собой диск из более горячих и массивных звёзд, которые вращаются вокруг чёрной дыры преимущественно в одном направлении.
Третья состоит из более разреженной популяции молодых звёзд с орбитами, которые пока изучены значительно хуже и также отличаются большим разнообразием.
Хотя возраст всех этих объектов примерно одинаков, их движение настолько различается, что многие годы учёные не могли понять, имеют ли они общее происхождение.
Почему прежние модели не работали
За последние десятилетия было предложено несколько вариантов объяснения.
Одни исследователи предполагали, что разные группы звёзд образовались независимо друг от друга.
Другие считали, что звёзды могли мигрировать к центру Галактики из других районов.
Существовали также модели, в которых отдельные звёзды захватывались гравитацией чёрной дыры после разрушения двойных звёздных систем.
Однако каждая из этих гипотез объясняла лишь часть наблюдаемых особенностей. Ни одна не могла одновременно воспроизвести все три группы молодых звёзд и их сложную систему орбит.
Новая единая картина
Авторы нового исследования предложили значительно более простое объяснение.
Согласно их модели, все молодые звёзды первоначально сформировались одновременно внутри единого вращающегося газового диска вокруг Стрельца A*.
После рождения звёзд их движение постепенно изменялось под воздействием ещё одного достаточно массивного объекта, обращавшегося вокруг центральной области.
Именно это длительное гравитационное влияние за миллионы лет смогло преобразовать первоначально упорядоченную систему в ту сложную картину, которую астрономы наблюдают сегодня.
Какой объект мог изменить орбиты звёзд
Ключевым элементом новой модели является промежуточный по массе объект.
По расчётам исследователей, его масса должна составлять около 10 тысяч масс Солнца.
Это может быть либо компактное звёздное скопление, либо чёрная дыра промежуточной массы — класс объектов, существование которых до сих пор остаётся предметом активных исследований.
На протяжении миллионов лет такой объект способен постепенно изменять орбиты окружающих молодых звёзд.
При этом наиболее близкие к чёрной дыре светила подвергались самым сильным возмущениям и в итоге получили хаотичные сильно вытянутые траектории, характерные для современных S-звёзд.
Более удалённый звёздный диск при этом сохранил свою общую структуру.
Что удалось воспроизвести в модели
Компьютерное моделирование показало, что предложенный сценарий способен одновременно объяснить сразу несколько наблюдаемых особенностей.
В частности, модель успешно воспроизводит:
- хаотичные наклонённые орбиты S-звёзд;
- существование упорядоченного диска молодых массивных звёзд;
- особенности распределения орбитальных параметров;
- ранее обнаруженный «пробел» в распределении орбит S-звёзд, который долгое время не имел удовлетворительного объяснения.
Особенно важно, что все эти изменения укладываются в реальные сроки жизни молодых звёзд. Это отличает новую модель от ряда предыдущих гипотез, которым требовалось значительно больше времени для формирования наблюдаемой картины.
Возможный кандидат уже известен
Авторы исследования предполагают, что роль загадочного массивного объекта может играть звёздное скопление IRS-13E.
Оно находится примерно в 0,13 парсека от Стрельца A* и уже давно привлекает внимание астрономов.
Некоторые специалисты ранее высказывали предположение, что внутри этого компактного скопления может скрываться чёрная дыра промежуточной массы.
Если будущие наблюдения подтвердят такую возможность, новая модель получит серьёзное независимое подтверждение.
Почему открытие важно не только для нашей Галактики
Подобные процессы могут происходить не только в центре Млечного Пути.
Сверхмассивные чёрные дыры располагаются в ядрах большинства крупных галактик, а вокруг многих из них также наблюдаются молодые звёздные популяции.
Поэтому понимание механизмов формирования таких систем позволит лучше объяснить эволюцию галактических ядер во Вселенной в целом.
Кроме того, результаты исследования могут помочь в поисках чёрных дыр промежуточной массы — одного из самых трудноуловимых классов космических объектов.
Что предстоит проверить
Несмотря на убедительность новой модели, окончательный ответ пока не получен.
Теперь астрономам предстоит провести более точные наблюдения за движением звёзд внутри IRS-13E и определить внутреннюю структуру этого скопления.
Если удастся обнаружить признаки существования массивного скрытого объекта, это станет важным подтверждением предложенной гипотезы.
Помочь в этом смогут телескопы нового поколения, обладающие значительно более высокой разрешающей способностью, чем современные инструменты.
Новый взгляд на центр Млечного Пути
Центральная область нашей Галактики остаётся одной из самых сложных и загадочных областей для изучения. Здесь сочетаются экстремальная гравитация сверхмассивной чёрной дыры, плотные газовые облака и необычные молодые звёзды, происхождение которых долгое время оставалось необъяснимым.
Новая модель предлагает единое объяснение сразу для нескольких наблюдаемых явлений и показывает, что всё разнообразие орбит молодых звёзд могло возникнуть из одной общей системы под влиянием скрытого массивного объекта. Если будущие наблюдения подтвердят эту гипотезу, астрономы смогут значительно лучше понять не только историю центра Млечного Пути, но и процессы, происходящие в ядрах других галактик по всей Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
