天の川の中心にあるゾンビスターは時間を無視します

新しい研究は、惑星の近くに住む星の運命を追跡します 天の川中心性 ブラックホール。

古代にもかかわらず、天の川銀河の中央の超大質量ブラックホールを周回するいくつかの星は、一見若く見える。 しかし、コラーゲンを何度も注射すると若返ったように見える人間とは異なり、これらの星々が若々しく見えるのには暗い理由がある。

彼らは隣人を食べました。

これは、新しい結果から得られる驚くべき結果の 1 つにすぎません。 ノースウェスタン大学 研究。 天体物理学者たちは、新しいモデルを使用して、銀河の中心にある超大質量ブラック ホール、いて座 A* (Sgr A*) を周回する 1,000 個の模擬恒星の激しい旅を追跡しました。

星が非常に密集しているため、この地域では頻繁に激しい星の衝突が発生します。 このような激しい衝突の影響をシミュレーションすることで、新しい研究では、衝突生存者が質量を失って裸の低質量星になることも、他の星と合体して質量が若返ることもあることが判明した。

「中心ブラックホールの周囲の領域には、非常に高速で移動する星が密集している」と研究を主導したノースウェスタン大学のサニア・C・ローズ氏は述べた。 「これは、ラッシュアワーのニューヨーク市の信じられないほど混雑した地下鉄の駅を走っているようなものです。他の人にぶつからなければ、通り過ぎていることになります。星にとって、このような接近した衝突は依然として重力との相互作用を引き起こします。私たちは、これらの衝突と相互作用が星にとって何を意味するのか、そしてその結果の説明を探りたかったのです。

この図は、天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールである射手座 A* に非常に近い星の軌道を示しています。 出典: ESO / L. Calçada / Spaceengine.org

ローズ氏は本日（4月4日）、カリフォルニア州サクラメントで開催されるアメリカ物理学会（APS）の4月会合でこの研究を発表した。 「銀河の中心での星の衝突」は、「天体粒子物理学と銀河の中心」セッションの一部でした。

ローズは、ノースウェスタン天体物理学学際探査研究センター (CIERA) のリンドハイマー博士研究員です。 私は博士課程でこの仕事を始めました。 候補者 カリフォルニア大学彼女は、天体物理学者でノースウェスタン大学の元博士研究員であるスマダール・ナオズ氏からアドバイスを受けました。

衝突する運命にある

私たちの天の川銀河の中心は、奇妙でワイルドな場所です。 射手座 A* の重力は、星の軌道の周りの回転を恐ろしい速度で加速させます。 銀河の中心にひしめく膨大な数の星は100万個にも達します。 高密度のセットと猛烈なスピードは、高速デモリッション ダービーに匹敵します。 ブラックホールの0.1パーセク以内の最も内側の領域では、いくつかの星が無傷で脱出します。

「太陽に最も近い星は約4光年離れています」とローズ氏は説明した。 「そして、超大質量ブラックホールの近くの同じ距離内に、100万個以上の星があります。そこは信じられないほど混雑した地域です。その上、超大質量ブラックホールは非常に強い重力を持っています。ブラックホールを周回するとき、星は移動することができます」秒速数千キロメートルで。」

そして、この狭くて忙しい近所では、星が他の星と衝突する可能性があります。 星が超大質量ブラックホールに近づくほど、衝突する可能性が高くなります。 これらの衝突の結果に興味を持ったローズとその共同研究者は、銀河中心にある星団の運命を追跡するシミュレーションを開発しました。 シミュレーションでは、星の質量密度、星の質量、軌道速度、重力、射手座 A* からの距離などのいくつかの要素が考慮されます。

「暴力的なハイタッチ」から完全な合併まで

ローズ氏は研究の中で、星の運命を決定すると思われる要因の一つ、それが超大質量ブラックホールからの距離であることを特定した。

ブラックホールから 0.01 パーセクの距離では、秒速数千キロメートルの速度で移動する星が常に衝突しています。 これが正面衝突であることはめったにありませんが、ローズ氏が表現するように、「残忍なノックアウト」に近いものです。 衝撃は星を完全に砕くほど強くはありません。 代わりに、彼らは外側の層を脱ぎ捨て、衝突経路に沿ってスピードを上げ続けます。

「彼らはぶつかりながらも進み続けます」とローズさんは語った。 「それらは、あたかも非常に激しい打撃を交わしているかのように、お互いをかすめ合っています。これにより、星は物質の一部を放出し、その外層を失います。星がどれだけ速く移動するか、そして衝突時にどれだけ重なり合うかによって、星は重要な部分を失う可能性があります。」これらの破壊的な衝突により、奇妙な低質量星のグループが形成されます。

0.01 パーセクを超えると、星はよりゆっくりとしたペースで移動します。つまり、毎秒数千キロメートルではなく数百キロメートルです。 速度が遅いため、これらの星は互いに衝突しますが、逃げるための十分なエネルギーがありません。 代わりに、それらは結合してより巨大になります。 場合によっては、数回合体して太陽の10倍の大きさになることもあります。

「衝突宝くじに当たるスターもいます」とローズ氏は語った。 「衝突や合体を通じて、これらの星はより多くの水素を蓄積します。たとえ年老いた人々から形成されたとしても、それらは若返った星を装っています。彼らはゾンビ星のようなものです。彼らは隣人を食べます。」

しかし、若々しい外見は寿命を縮めるという代償を伴います。

「彼らはすぐに死んでしまいます」とローズ氏は言う。 「大質量星は、大量の燃料を消費する巨大な車のようなものです。最初は大量の水素を持っていますが、すぐに燃え尽きてしまいます。」

「前例のない」過酷な環境

ローズは、銀河系の中心近くにある極端で奇妙な領域を研究することに単純な喜びを感じていますが、彼女の研究はまた、天の川の歴史に関する情報を明らかにする可能性があります。 中央クラスターの監視は難しいため、彼女のチームのシミュレーションは隠れたプロセスを明らかにする可能性があります。

「他に類を見ない環境です」とローズ氏は言う。 「非常に混雑した領域にある超大質量ブラックホールの影響下にある星は、私たちが太陽の近くで見ることのできるものとは異なります。しかし、これらの星団を特定できれば、私たちはそれについて何か新しいことを学べるかもしれません。少なくとも感謝すべきことは、それが私たちが住んでいる地域との対照的な点を提供していることは確かです。

APS へのローズのプレゼンテーションには、彼女が発表した研究が含まれていました の 天体物理学ジャーナルレター 2024 年 3 月以降 の 天体物理ジャーナル 2023 年 9 月に。

参考文献:

「核星団密度プロファイルの衝突変調」Sanya C. ローズとモーガン・マクラウド、2024 年 2 月 22 日、 天体物理学ジャーナルレター。
土井: 10.3847/2041-8213/ad251f

「銀河中心の星の衝突: 大質量星、衝突残骸、そして失われた赤色巨星」サナア C. ローズ、スマダール・ナオズ、リーム・サリ、イタイ・リニアル、2023年9月14日、 天体物理ジャーナル。
土井: 10.3847/1538-4357/acee75

この研究は、国立科学財団 (助成金番号 AST 2206428) によって支援されました。 NASA （助成金番号 80NSSC20K050）のほか、Charles E. Young Fellowship、UCLA Dissertation Year Fellowship、Thacher Fellowship、Bhowmick Institute、および CIERA Lindheimer Fellowship からも受賞しています。