Zombiesterne im Herzen der Milchstraße trotzen der Zeit

Neue Forschungsergebnisse verfolgen das Schicksal von Sternen, die in der Nähe des Planeten leben MilchstraßeZentralität schwarzes Loch.

Trotz ihres hohen Alters sehen einige Sterne, die das zentrale supermassereiche Schwarze Loch der Milchstraße umkreisen, täuschend jung aus. Aber im Gegensatz zu Menschen, die nach einer neuen Runde Kollageninjektionen verjüngt wirken können, sehen diese Stars aus einem dunkleren Grund jugendlich aus.

Sie haben ihre Nachbarn gefressen.

Dies ist nur eines der überraschenderen Ergebnisse des neuen Nordwestliche Universität Forschung. Mithilfe eines neuen Modells verfolgten Astrophysiker die heftigen Reisen von 1.000 simulierten Sternen, die das zentrale supermassive Schwarze Loch unserer Galaxie, Sagittarius A* (Sgr A*), umkreisen.

Da es in der Region so viele Sterne gibt, kommt es häufig zu brutalen Sternkollisionen. Durch die Simulation der Auswirkungen dieser intensiven Kollisionen kommt die neue Arbeit zu dem Schluss, dass Kollisionsüberlebende Masse verlieren und zu bloßen, massearmen Sternen werden oder mit anderen Sternen verschmelzen können, um massereich und verjüngt zu werden.

„Die Region um das zentrale Schwarze Loch ist dicht mit Sternen, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegen“, sagte Sania C. Rose von der Northwestern University, die die Forschung leitete. „Es ist ein bisschen so, als würde man während der Hauptverkehrszeit durch eine unglaublich überfüllte U-Bahn-Station in New York City laufen. Wenn man nicht auf andere Menschen trifft, geht man an ihnen vorbei. Bei Sternen kommt es aufgrund dieser engen Kollisionen immer noch zu einer Wechselwirkung mit der Schwerkraft Wir wollten untersuchen, was diese Kollisionen und Wechselwirkungen für Sterne bedeuten und ihre Ergebnisse beschreiben.

Diese Abbildung zeigt die Umlaufbahnen von Sternen ganz in der Nähe von Sagittarius A*, einem supermassiven Schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße. Quelle: ESO / L. Calçada / Spaceengine.org

Rose präsentierte diese Forschung heute (4. April) auf der Apriltagung der American Physical Society (APS) in Sacramento, Kalifornien. „Stellar Collisions at the Center of the Galaxy“ war Teil der Sitzung „Astro-Particle Physics and the Center of the Galaxy“.

Rose ist Lindheimer Postdoctoral Fellow am Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Ich habe diese Arbeit als Doktorand begonnen. Kandidat in Universität von KalifornienSie wurde vom Astrophysiker und ehemaligen Postdoktoranden an der Northwestern University Smadar Naoz beraten.

Zum Zusammenstoß bestimmt

Das Zentrum unserer Milchstraße ist ein seltsamer und wilder Ort. Die Gravitationskraft von Sagittarius A* beschleunigt die Rotation von Sternen um ihre Umlaufbahnen mit erschreckender Geschwindigkeit. Die große Anzahl von Sternen im Zentrum der Galaxie erreicht eine Million Sterne. Ein dicht gedrängtes Set und halsbrecherische Geschwindigkeiten ergeben ein Hochgeschwindigkeits-Abriss-Derby. Im innersten Bereich – innerhalb von 0,1 Parsec vom Schwarzen Loch – entkommen einige Sterne unversehrt.

„Der unserer Sonne am nächsten gelegene Stern ist etwa vier Lichtjahre entfernt“, erklärte Rose. „Und in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs gibt es über eine Million Sterne. Darüber hinaus hat das supermassereiche Schwarze Loch eine sehr starke Schwerkraft, da sich die Sterne bewegen können mit Tausenden von Kilometern pro Sekunde.“

Und in dieser engen, hektischen Umgebung können Sterne mit anderen Sternen kollidieren. Je näher die Sterne dem supermassiven Schwarzen Loch kommen, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie kollidieren. Rose und ihre Mitarbeiter waren neugierig auf die Ergebnisse dieser Kollisionen und entwickelten Simulationen, um das Schicksal von Sternhaufen im galaktischen Zentrum zu verfolgen. Die Simulation berücksichtigt mehrere Faktoren: Sternmassendichte, Sternmasse, Umlaufgeschwindigkeit, Schwerkraft und Entfernungen von Sagittarius A*.

Von „gewalttätigen High Fives“ bis hin zu totalen Fusionen

Rose hat in ihrer Forschung einen Faktor identifiziert, der das Schicksal des Sterns bestimmen dürfte: seine Entfernung vom supermassereichen Schwarzen Loch.

In einer Entfernung von 0,01 Parsec vom Schwarzen Loch kollidieren Sterne, die sich mit einer Geschwindigkeit von Tausenden von Kilometern pro Sekunde bewegen, ständig miteinander. Dabei handelt es sich selten um einen Frontalzusammenstoß, sondern eher um einen „brutalen Knockout“, wie Rose es beschreibt. Die Einschläge sind nicht stark genug, um die Sterne vollständig zu zertrümmern. Stattdessen legen sie ihre äußeren Schichten ab und rasen weiter entlang der Kollisionsbahn.

„Sie stoßen aufeinander und machen weiter“, sagte Rose. „Sie streifen sich gegenseitig, als würden sie sehr heftige Schläge austauschen. Dadurch schleudern die Sterne etwas Material heraus und verlieren ihre äußeren Schichten, wenn sie kollidieren Ihre äußeren Schichten führen zu einer Gruppe seltsamer Sterne mit geringer Masse.

Jenseits von 0,01 Parsec bewegen sich Sterne in einem entspannteren Tempo – Hunderte von Kilometern pro Sekunde statt Tausende. Aufgrund der geringen Geschwindigkeiten kollidieren diese Sterne miteinander, haben dann aber nicht genug Energie, um zu entkommen. Stattdessen verschmelzen sie und werden immer massiver. In einigen Fällen können sie mehrmals verschmelzen und zehnmal größer als unsere Sonne werden.

„Einige Stars gewinnen in der Kollisionslotterie“, sagte Rose. „Durch Kollisionen und Verschmelzungen sammeln diese Sterne mehr Wasserstoff an, obwohl sie sich als verjüngte Sterne ausgeben. Sie fressen ihre Nachbarn.“

Doch ein jugendliches Aussehen geht mit einer kürzeren Lebenserwartung einher.

„Sie sterben sehr schnell“, sagte Rose. „Massive Sterne sind wie riesige Autos, die viel Treibstoff verbrauchen. Sie haben zunächst viel Wasserstoff, verbrennen diesen aber sehr schnell.“

Raue Umgebung „beispiellos“

Obwohl Rose einfach Freude daran hat, die extreme und seltsame Region nahe dem Zentrum unserer Galaxie zu erforschen, kann ihre Arbeit auch Informationen über die Geschichte der Milchstraße liefern. Da der zentrale Cluster schwer zu überwachen ist, könnten die Simulationen ihres Teams Aufschluss über verborgene Prozesse geben.

„Es ist eine Umgebung wie keine andere“, sagte Rose. „Die Sterne, die unter dem Einfluss eines supermassiven Schwarzen Lochs in einer sehr überfüllten Region stehen, sind anders als alles, was wir jemals in unserer Sonnenumgebung sehen werden. Wenn wir diese Sternhaufen jedoch identifizieren können, können wir möglicherweise etwas Neues darüber lernen.“ Wie das Zentrum der Galaxie zusammengesetzt ist, stellt es zumindest einen Kontrast zu der Nachbarschaft dar, in der wir leben.

Roses Präsentation vor APS beinhaltete Forschungsergebnisse, die sie veröffentlicht hatte Die Astrophysikalische Tagebuchbriefe Im März 2024 und bis Die Astrophysikalisches Journal Im September 2023.

Verweise:

„Kollisionsmodulation von Dichteprofilen von Kernsternhaufen“ von Sanya C. Rose und Morgan MacLeod, 22. Februar 2024, Astrophysikalische Tagebuchbriefe.
doi: 10.3847/2041-8213/ad251f

„Sternkollisionen im galaktischen Zentrum: Massive Sterne, Kollisionsreste und fehlende Rote Riesen“ von Sanaa C. Rose, Smadar Naoz, Reem Sari und Itay Linial, 14. September 2023, Astrophysikalisches Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/acee75

Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation (Grant No. AST 2206428) unterstützt NASA (Stipendium Nr. 80NSSC20K050) sowie von einem Charles E. Young Fellowship, einem UCLA Dissertation Year Fellowship, einem Thacher Fellowship, einem Bhowmick Institute und einem CIERA Lindheimer Fellowship.