Введение

Черные дыры всегда были объектом интереса и удивления в астрономии. Особенно это касается супер массивной черной дыры, расположенной в центре нашей галактики Млечный Путь, известной как Стрелец A*. Новое исследование поднимает вопросы о звездах, которые вращаются вокруг этой черной дыры, и их странном одиночестве. Почему они лишены своих звездных спутников? Давайте погрузимся в детали этого увлекательного вопроса.

Загадка молодости

Вблизи черной дыры Стрелец A* расположено скопление звезд, известное как S-кластер. Это скопление находится на расстоянии всего 0,04 парсека (0,13 светового года) от черной дыры, масса которой составляет около 4 миллионов солнечных масс. Интересно, что эти звезды типа B относительно молоды — в среднем им всего несколько миллионов лет. Однако согласно традиционным моделям формирования звезд, такое близкое расположение к черной дыре не должно было бы позволить им возникнуть, так как гравитация черной дыры разорвала бы любые облака газа, прежде чем они могли бы сжаться и образовать звезды. Это явление астрономы называют «парадоксом молодости».

Как могли образоваться молодые звезды?

Существует две основные гипотезы о том, как могли сформироваться молодые звезды S-кластера. Первая — это гипотеза «in situ», предполагающая, что звезды образовались на месте, где мы их видим сегодня. Эта модель включает мощный выброс из Стрельца A*, произошедший около 6 миллионов лет назад. В результате этого выброса могло произойти сжатие окружающего газа в оболочку, которая затем фрагментировалась, образовав звезды. Это явление известно как «фрагментация газовой оболочки».

Вторая гипотеза — «ex situ», предполагает, что звезды образовались дальше и позже переместились ближе к черной дыре. Одна из возможностей заключается в том, что звезды возникли в отдельной известной дисковой структуре, а затем мигрировали внутрь. Однако эта модель не объясняет высокие эксцентричности орбит S-звезд и то, почему звезды типа B мигрировали, в то время как звезды типа O и Вольфа-Райета этого не сделали.

Теория Хилла

Еще одна гипотеза — механизм Хилла, согласно которому Стрелец A* разрывает входящую двойную систему, захватывая одну звезду и выбрасывая ее спутника как звезду с высокой скоростью. Однако высокоскоростные звезды, найденные вблизи галактического центра, значительно старше S-звезд, и этот механизм оставил бы почти не осталось двоичных систем в S-кластере. Это противоречит недавнему открытию системы D9 — двоичной системы в этом скоплении.

Одиночная жизнь звезд

Существует также несоответствие между долей двоичных звезд среди S-звезд и окружающих молодых популяций, что может скрывать важную подсказку. Масштабные звезды в Галактическом поле имеют долю бинарности около 69 ± 9%, в то время как предыдущие наблюдения предполагали более низкую долю рядом со Стрельцом A*. Открытие D9 побудило авторов пересмотреть этот вопрос.

Команда, возглавляемая Родриго П. Силвой из Университета Коимбры в Португалии, уточнила подсчет двоичных систем среди S-звезд. Обнаруженная доля бинарности составила 43% ± 9%. Чтобы проверить, соответствует ли путь формирования «in situ» этому числу, они провели компьютерные симуляции, отслеживающие 100,000 имитированных двоичных звездных систем на протяжении 1 миллиона лет.

Симуляции и результаты

Исследователи отслеживали три возможных исхода для каждой бинарной системы: выживание в целостности, слияние в единую звезду или разрушение. Вот что они обнаружили: 62% выжили, 18% слились, а 20% были разрушены — что приводит к предполагаемой окончательной доле бинарных звезд около 38% ± 10% в результате S-звездной популяции. Это соответствует наблюдаемым данным с учетом погрешностей.

Они также смоделировали, как предполагаемая доля бинарности должна изменяться с расстоянием от черной дыры. Результаты показали согласованность на различных расстояниях. Таким образом, результаты поддерживают идею о том, что молодые звезды образовались вблизи галактического центра, а не мигрировали откуда-то еще.

Заключение

Исследование подтверждает, что в этой области наблюдается общий механизм формирования, при этом снижением доли двоичных звезд управляет в первую очередь возрастающее воздействие приливных сил. «Наши результаты поддерживают сценарий формирования in situ, такой как фрагментация газовой оболочки,» — отмечает команда в своей статье. Исследователи предполагают, что улучшенные наблюдения в будущем, включая более точные измерения движения звезд и их спектров, могут раскрыть больше о количестве двоичных звезд и их истории формирования.