De ce stelele din jurul găurii negre a galaxiei noastre își pierd companionii
Un nou studiu sugerează că stelele tinere care orbitează gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee ar putea avea o origine surprinzător de obișnuită. Totuși, influența găurii negre ar putea fi ceea ce face ca originea lor să pară mai exotică decât este în realitate. Pe lângă faptul că le modelează orbitele, aceasta le-ar putea distruge și companionii stellari. Lucrarea care descrie acest studiu a fost publicată în Astronomy & Astrophysics pe 11 august.
Un mediu haotic
Un grup de stele cunoscut sub numele de clusterul S se află foarte aproape de gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee, Sagittarius A* (Sgr A*), la o distanță de aproximativ 0,04 parseci (0,13 ani-lumină). Gaura neagră are o masă de aproximativ 4 milioane de ori masa Soarelui. Aceste stele de tip B sunt surprinzător de tinere — în medie, de câteva milioane de ani. Însă formarea obișnuită a stelelor nu ar trebui să fie posibilă atât de aproape de o gaură neagră, deoarece gravitația intensă a acesteia ar trebui să destrame orice nor de gaz înainte ca acesta să colapseze pentru a forma stele. Astronomii numesc această situație derutantă „paradoxul tinereții”.
Există două idei propuse pentru modul în care ar fi putut lua naștere stelele tinere din clusterul S. Formarea in situ propune că stelele s-au format acolo unde le vedem astăzi. Aceasta implică o puternică erupție a lui Sgr A* în urmă cu aproximativ 6 milioane de ani. Fluxul rezultat ar fi putut comprima gazul din jur într-o coajă, care ulterior s-a fragmentat pentru a forma stele. Această teorie se numește fragmentarea cojii de gaz.
Formarea ex situ sugerează că stelele s-au format mai departe și ulterior s-au deplasat spre interior. O posibilitate este că stelele s-au format mai departe, într-o structură de disc bine cunoscută, apoi au migrat spre interior de-a lungul timpului, dar această explicație întâmpină dificultăți în a explica excentricitățile orbitale mari, aproape aleatorii, ale stelelor S și de ce stelele de tip B ar migra, în timp ce stelele de tip O și Wolf–Rayet nu. O altă posibilitate este mecanismul Hills, în care Sgr A* destramă o stea binară care se apropie, capturând una dintre stele și aruncând companionul ca o stea cu viteză mare. Însă stelele cu viteză mare găsite lângă centrul galactic sunt mult mai bătrâne decât stelele S, iar acest mecanism ar lăsa în urmă aproape niciun sistem binar în clusterul S. Acest lucru este inconsistent cu descoperirea recentă a lui D9 — un sistem binar — în acest cluster.
De ce o viață solitară?
Există, de asemenea, o discrepanță între fracția de sisteme binare din rândul stelelor S și populațiile tinere din jur, iar aceasta ar putea ascunde un indiciu important. Stelele masive din câmpul galactic au o fracție de sisteme binare de aproximativ 69 ± 9%, în timp ce observațiile anterioare sugerau o fracție mai mică lângă Sgr A*. Descoperirea lui D9 i-a determinat pe autori să reexamineze această întrebare. Echipa, condusă de Rodrigo P. Silva de la Universitatea din Coimbra, Portugalia, a rafinat numărătoarea sistemelor binare din rândul stelelor S. Fracția de sisteme binare observată a fost de 43% ± 9%. Pentru a testa dacă calea de formare in situ corespunde acestui număr, au rulat apoi simulări computerizate urmărind 100.000 de sisteme binare simulate timp de 1 milion de ani. Au incorporat orbite realiste, corespunzătoare structurii observate a clusterului S. Pornind de la o fracție standard de sisteme binare, așa cum se vede în general la stelele masive (69%), au lăsat gravitația și forțele de maree ale găurii negre să se desfășoare în simulări.
In situ versus ex situ
Cercetătorii au urmărit trei rezultate posibile pentru fiecare binar: supraviețuirea intactă, fuzionarea într-o singură stea sau destrămarea. Iată ce au descoperit: 62% au supraviețuit, 18% au fuzionat și 20% au fost destrămate — producând o fracție finală prezisă de sisteme binare de aproximativ 38% ± 10% din populația rezultată de stele S. Aceasta se aliniază cu numărul observat, în limitele incertitudinilor. De asemenea, au modelat modul în care fracția prezisă de sisteme binare ar trebui să se schimbe cu distanța față de gaura neagră. Au observat consistență la diferite distanțe.
Rezultatele susțin astfel ideea că stelele tinere s-au format lângă centrul galactic, mai degrabă decât că au migrat acolo din altă parte. „Aceasta indică un mecanism comun de formare în toată această regiune, declinul spre Sgr A* fiind determinat în primul rând de creșterea destrămării prin forțe de maree”, scrie echipa în lucrare. „Constatările noastre susțin un scenariu de formare in situ, cum ar fi fragmentarea cojii de gaz.”
Cercetătorii afirmă că observații îmbunătățite în viitor, inclusiv măsurători mai precise ale mișcărilor și spectrelor stelelor, ar putea dezvălui mai multe despre câte stele binare sunt prezente și despre istoria lor de formare.
