Зомбі-подібні зорі виникають внаслідок зоряного канібалізму

Зірки поблизу надмасивної чорної діри (НМЧД) в центрі нашої галактики живуть у постійній небезпеці, але багато з них все одно користуються можливістю виглядати молодшими за свій справжній вік. Цього можна досягти, поїдаючи сусідні зірки.

Іноді астрономи спантеличені зірками, вік яких різні способи визначення дають суперечливі результати. Найпоширенішим поясненням є те, що зірка з’їла компаньйона, через що вона виглядає молодшою, ніж є насправді. У тихих галактичних передмістях, де ми живемо, така поведінка трапляється рідко – між зірками багато простору і мало можливостей для канібалізму, за винятком компактних об’єктів на кшталт нейтронних зірок.

Ближче до центру галактики, де зорі упаковані дуже щільно і прискорюються до величезних швидкостей під дією гравітації надскупчення, відомого як Стрілець А. Доктор Санеа Роуз з Північно-Західного університету змоделювала поведінку 1000 зірок поблизу Стрільця A і виявила, наскільки небезпечним може бути це місце.

“Регіон навколо центральної чорної діри є щільним із зірками, що рухаються на надзвичайно високих швидкостях”, – сказала Роуз у своїй заяві. “Це трохи схоже на біг через неймовірно переповнену станцію метро в Нью-Йорку в годину пік. Якщо ви не зіштовхуєтесь з іншими людьми, то ви проходите дуже близько від них. Для зірок ці близькі зіткнення все одно спричиняють гравітаційну взаємодію. Ми хотіли дослідити, що ці зіткнення і взаємодії означають для зоряного населення, і охарактеризувати їхні наслідки”.

“Найближча зірка до нашого Сонця знаходиться на відстані близько чотирьох світлових років, – додала Роуз. “На такій же відстані біля надмасивної чорної діри знаходиться більше мільйона зірок”.

Роуз і його колеги змоделювали, як часто зірки зіштовхуються в цих умовах, беручи до уваги щільність, з якою вони упаковані, їхню масу, швидкість орбіти і гравітаційний вплив Стрільця A*.

Найважливішим фактором, як виявила команда, була відстань до SMBH. На відстанях до 0,03 світлових років зіткнення відбуваються часто. Однак, це рідко бувають прямі зіткнення. Замість цього вони зазнають того, що Роуз називає “бурхливими п’ятірками”. Пара пролітає повз одна одну, але їхні зовнішні шари відриваються, причому глибина втрат залежить від відносної швидкості зірок і близькості зіткнення. “Ці руйнівні зіткнення призводять до появи популяції дивних, обдертих, маломасивних зірок”, – каже Роуз.

У цьому регіоні деякі зірки втрачають так багато себе, що перестають бути здатними до злиття, що призводить до скорочення популяції маломасивних зірок у цій області вдвічі.

Трохи далі, на відстанях, крихітних у масштабах решти галактики, зіткнення відбуваються рідше – але зірка маси Сонця все одно зазнає принаймні одного зіткнення за своє життя. Коли це відбувається, зорям бракує енергії, щоб втекти одна від одної. Замість цього вони об’єднуються і стають більшими, молодшими на вигляд зорями. Для деяких з них, які знаходяться близько до Стрільця A* (але не надто близько), це може відбуватися багато разів, утворюючи гігантів з масами, що в 10 разів перевищують масу Сонця. Роуз і співавтори підрахували, що в цьому регіоні ховається близько 100 таких мульти-гігантів-людожерів.

“Кілька зірок виграють у лотерею зіткнень, – каже Роуз. “Завдяки зіткненням і злиттям ці зірки збирають більше водню. Хоча вони утворилися зі старої популяції, вони маскуються під омолоджені, молоді на вигляд зорі. Вони схожі на зорі-зомбі; вони поїдають своїх сусідів”.

Більша зоряна маса означає коротше життя, оскільки швидкість, з якою зорі сплавляють свій водень, зростає швидше, ніж сама маса. Отже, молодий вигляд супроводжується низькою тривалістю життя. Це не завжди має значення, оскільки зорі наближаються до Стрільця A* достатньо близько, щоб стати частиною його акреційного диска, перш ніж загинути від того, що можна вважати природними причинами. Однак, чим більша зоря, тим більша ймовірність того, що вона перетвориться на наднову, перш ніж її поглине чорна діра.

“Це середовище не схоже на будь-яке інше, – каже Роуз. “Зірки, які перебувають під впливом надмасивної чорної діри в дуже переповненому регіоні, не схожі ні на що, що ми коли-небудь побачимо в нашому власному сонячному оточенні. Але якщо ми зможемо дізнатися про ці зоряні популяції, то, можливо, дізнаємося щось нове про те, як був зібраний центр галактики. Принаймні, це, безумовно, створює точку контрасту для району, де ми живемо”.

Роуз представила роботу на квітневому засіданні Американського фізичного товариства, яка ґрунтується на раніше опублікованих статтях в The Astrophysical Journal Letters і The Astrophysical Journal, в обох з яких вона була першим автором.