Zombie hvězdy v jádru Mléčné dráhy vzdorují času

Nový výzkum Northwestern University využívající simulace 1000 hvězd v okolí supermasivní černé díry Sagittarius A* v Mléčné dráze odhaluje, že vysokorychlostní srážky hvězd vedou ke vzniku mladistvě vypadajících stálic. Tyto hvězdy se buď „svléknou“ a mají nízkou hmotnost, nebo se spojí do hmotných entit, které navzdory svému dávnému původu představují omlazený vzhled.

Nový výzkum sleduje osudy hvězd žijících v blízkosti centrální černé díry Mléčné dráhy. Navzdory svému dávnému věku vypadají některé hvězdy obíhající centrální supermasivní černou díru Mléčné dráhy klamně mladistvě. Ale na rozdíl od lidí, kteří se mohou zdát omlazeni po novém kole kolagenových injekcí, tyto hvězdy vypadají mladě z mnohem temnějšího důvodu.

Snědli své sousedy

To je jen jeden ze zvláštnějších poznatků z nového výzkumu Northwestern University. Pomocí nového modelu astrofyzikové sledovali násilné cesty 1 000 simulovaných hvězd obíhajících kolem centrální supermasivní černé díry naší Galaxie, Sagittarius A* (Sgr A*).

Oblast tak hustě nabitá hvězdami běžně zažívá brutální srážky hvězd. Simulací účinků těchto intenzivních kolizí nová práce zjišťuje, že objekty, které kolizi přežily, mohou buď ztratit hmotu, aby se staly „ostříhanými“ hvězdami s nízkou hmotností, nebo se mohou sloučit s jinými hvězdami a stát se hmotnými a omlazenými.

„Oblast kolem centrální černé díry je hustá s hvězdami pohybujícími se extrémně vysokou rychlostí,“ řekla Sanaea C. Rose ze Northwestern University, která vedla výzkum. „Je to trochu jako běhání neuvěřitelně přeplněnou stanicí metra v New Yorku během dopravní špičky. Pokud nenarážíte do jiných lidí, pak kolem nich probíháte velmi těsně. U hvězd tyto blízké srážky stále způsobují jejich gravitační interakci. Chtěli jsme prozkoumat, co tyto srážky a interakce znamenají pro hvězdnou populaci a charakterizovat jejich výsledky.“

Rose představila tento výzkum 4. dubna 2024 na dubnovém setkání Americké fyzikální společnosti (APS) v Sacramentu v Kalifornii. „Hvězdné srážky v galaktickém středu“ byly součástí sekce „Astrofyzika částic a galaktický střed“.

Určeno ke srážce

Střed naší Mléčné dráhy je zvláštní a divoké místo. Gravitační přitažlivost Sgr A* urychluje hvězdy, aby obíhaly po svých drahách děsivou rychlostí. A samotný počet hvězd nacpaných do středu Galaxie je více než milion. Hustě nabitá hvězdokupa plus bleskové rychlosti se rovná vysokorychlostnímu demoličnímu derby. V nejvnitřnější oblasti – do 0,1 parseku od černé díry – jen málo hvězd unikne srážce bez újmy.

„Nejbližší hvězda k našemu Slunci je asi čtyři světelné roky daleko,“ vysvětlila Sanaea Rose. „Ve stejné vzdálenosti poblíž supermasivní černé díry je více než milion hvězd. Je to neuvěřitelně přeplněná oblast. Navíc má supermasivní černá díra opravdu silnou gravitační sílu. Když hvězdy obíhají kolem černé díry, mohou se pohybovat rychlostí tisíců kilometrů za sekundu.“

V této těsné, hektické čtvrti se mohou hvězdy srazit s jinými hvězdami. A čím blíže hvězdy žijí k supermasivní černé díře, pravděpodobnost srážky se zvyšuje. Rose a její spolupracovníci, zvědaví na výsledky těchto kolizí, vyvinuli simulaci ke sledování osudů hvězdných populací v galaktickém centru. Simulace bere v úvahu několik faktorů: hustotu hvězdokupy, hmotnost hvězd, rychlost na oběžné dráze, gravitaci a vzdálenosti od Sgr A*.

Rose ve svém výzkumu přesně určila jeden faktor, který s největší pravděpodobností určí osud hvězdy: její vzdálenost od supermasivní černé díry.

Ve vzdálenosti 0,01 parseku od černé díry do sebe hvězdy – pohybující se rychlostí dosahující tisíců kilometrů za sekundu – neustále narážejí. Málokdy jde o čelní srážku. Nárazy nejsou dostatečně silné, aby se hvězdy úplně rozbily. Místo toho odhodily své vnější vrstvy a pokračovaly v pohybu na kolizním kurzu.

„Narazí do sebe a pokračují v cestě,“ řekla Rose. „To způsobí, že hvězdy odvrhnou nějaký materiál a ztratí své vnější vrstvy. V závislosti na tom, jak rychle se pohybují a jak moc se překrývají, když se srazí, mohou ztratit docela dost svých vnějších vrstev. Tyto destruktivní srážky mají za následek populaci podivných, svléknutých, nízkohmotných hvězd.“

Mimo 0,01 parseku se hvězdy pohybují uvolněnějším tempem – stovky kilometrů za sekundu na rozdíl od tisíců. Kvůli nižší rychlosti se tyto hvězdy srazí jedna s druhou, ale pak nemají dostatek energie k úniku. Místo toho se spojují, aby se staly masivnějšími. V některých případech se mohou dokonce několikrát sloučit a stát se až 10krát hmotnější než naše Slunce.

„Několik hvězd vyhraje kolizní loterii,“ řekla Rose. „Díky srážkám a sloučením tyto hvězdy shromažďují více vodíku. Přestože byly zformovány ze starší populace, maskují se jako omlazené, mladě vypadající hvězdy. Jsou jako zombie hvězdy; pojídají své sousedy.“

Ale mladistvý vzhled přichází za cenu kratší délky života. „Umírají velmi rychle,“ řekla Rose. „Masivní hvězdy jsou něco jako obří auta hltající plyn. Začínají s velkým množstvím vodíku, ale spálí ho velmi, velmi rychle.“

Extrémní prostředí na rozdíl od jiných

Ačkoliv Rose nachází prostou radost ze studia bizarní, extrémní oblasti poblíž našeho galaktického centra, její práce také může odhalit informace o historii Mléčné dráhy. A protože centrální kupu je extrémně obtížné pozorovat, simulace jejího týmu mohou osvětlit jinak skryté procesy.

„Je to prostředí, které se nepodobá žádnému jinému,“ řekla Rose. „Hvězdy, které jsou pod vlivem supermasivní černé díry ve velmi přeplněné oblasti, se nepodobají ničemu, co kdy uvidíme v našem vlastním slunečním sousedství. Ale pokud se dokážeme něco dozvědět o těchto hvězdných populacích, pak bychom se mohli dozvědět něco nového o tom, jak byl galaktický střed sestaven. Přinejmenším to určitě poskytuje kontrastní bod pro oblast, kde žijeme.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/zombie-stars-at-the-milky-ways-core-defy-time/

autor: František Martinek