Нові спостереження та моделювання, проведені групою науковців під керівництвом MPE, показали, що масивна подвійна зоря поблизу центру нашої Галактики є причиною утворення низки загадкових газових хмар — компактних скупчень газу, які сприяють живленню надмасивної чорної діри Стрілець А*.
Гравітаційні умови в центрі нашої Галактики
Центр нашої Галактики — надзвичайно щільна й динамічна область. У її серці розташована надмасивна чорна діра Стрілець А* (Sgr A*), оточена зорями, газом і пилом, що рухаються під дією надзвичайно сильних гравітаційних сил. Це оточення є природною лабораторією для вивчення поведінки речовини поблизу чорної діри та механізмів надходження до таких об’єктів нової речовини.
Протягом останніх 20 років астрономи за допомогою інфрачервоних спостережень виявили кілька компактних газових хмар поблизу Sgr A*. Ці скупчення є важливими підказками для розуміння того, як газ може, зрештою, потрапити до чорної діри. Проте їхнє точне походження та фізичні процеси, що їх формують, залишаються невизначеними.
Сімейство газових хмар G поблизу чорної діри
У 2012 році астрономи виявили першу компактну іонізовану газову хмару під назвою G2. Вона має масу, що дорівнює кільком земним, і випромінює світло від водню та гелію, що є типовим для гарячого пилового газу. G2 рухається видовженою орбітою навколо Sgr A* і має слабку структуру — хвіст, G2t. Перегляд попередніх спостережень виявив подібний об’єкт, G1, що рухається по схожій орбіті.
G1, G2 та G2t були визначені як більш щільні скупчення в межах загального газового потоку. Помірні коливання щільності можуть створювати враження скупченості, оскільки яскравість хмари зростає пропорційно до квадрата її щільності. Нещодавно науковці виявили, що газ із хвоста G2 ущільнився у третє компактне скупчення, яке рухається подібною траєкторією; його можна було б назвати G3, якби ця назва не була вже надана іншому об’єкту. Разом ці об’єкти утворюють цілісну структуру — струмінь G1–2–3 — що відстежує матеріал, який протікає через центр Галактики.
Розрахунки показують, що падіння одного такого скупчення масою приблизно як у Землі раз на десять років може забезпечити достатньо матеріалу для підтримання поточної активності Sgr A*. Тому розуміння механізмів утворення цих скупчень є ключем до пояснення того, як чорна діра отримує паливо.
Аналіз орбіт руху газових хмар
Науковці висунули кілька гіпотез щодо походження: зоряні вітри від масивних зір, вибухові події, такі як нові, або припливне зривання з боку Sgr A*. Щоб перевірити ці гіпотези, міжнародна команда під керівництвом MPE використала спектрографи SINFONI та ERIS з адаптивною оптикою, які забезпечують високу роздільну здатність інфрачервоної спектроскопії. Зосередившись на лінії випромінювання водню Брекетта-γ, вони реконструювали орбіти трьох хмар на основі їхніх положень та швидкостей.
Аналіз показав, що G1, G2 та G2t рухаються орбітами з майже однаковою орієнтацією та формою. Імовірність того, що три не пов’язані між собою об’єкти мають такі специфічні орбітальні параметри, є мізерно малою. Це вказує на спільне походження всіх трьох скупчень.
Подвійна зоря як творець газових хмар
Простеживши рух газового струменя назад у просторі та його радіальну швидкість, дослідники визначили ймовірне джерело: масивну контактну подвійну зорю IRS 16SW, розташовану в диску молодих світил, що обертаються за годинниковою стрілкою навколо Sgr A*. Незначні відмінності між орбітами хмар G можна пояснити власним орбітальним рухом цієї подвійної зорі.
Гідродинамічні моделювання ще більше підтверджують цей висновок. Вони показують, що скупчення газу можуть утворюватися там, де зоряні вітри від подвійної зорі стикаються з навколишнім середовищем, створюючи ударну хвилю між двома світилами. Там газ накопичується і стискається, відриваючись окремими скупченнями, які рухаються всередину — як це спостерігається у струмені G1–2–3.
Ці результати свідчать про те, що зоряні вітри від масивних світил у центрі Галактики можуть постійно постачати матеріал до чорної діри. Результат поєднує еволюцію зір, динаміку газу та живлення чорної діри в одну цілісну картину, показуючи, як утворення світил і зростання чорної діри можуть бути пов’язані навіть у нашій Галактиці.
За матеріалами: phys.org
