一项新的研究追踪了生活在银河系中心黑洞附近的恒星的命运

这幅图显示了非常靠近人马座A*的恒星的轨道，人马座是研的恒银河系中心的一个超大质量黑洞。来源：uux.cn/ESO/L.Calçada/Spaceengine.org
（神秘的究追地球uux.cn）据西北大学：尽管它们的年龄很古老，但一些围绕银河系中心超大质量黑洞运行的踪生中心恒星看起来似乎很年轻。但与人类不同的活银河系黑洞是，这些明星看起来年轻的附近原因要黑暗得多，因为人类可能会从新一轮的命运胶原蛋白注射中恢复活力。
他们吃掉了邻居。项新星
这只是研的恒西北大学最新研究的一个更奇特的发现。天体物理学家使用一个新模型追踪了1000颗模拟恒星围绕银河系中心超大质量黑洞人马座a*（Sgr a*）的究追剧烈运动。
该地区恒星密度如此之大，踪生中心通常会经历残酷的活银河系黑洞恒星碰撞。通过模拟这些强烈碰撞的附近影响，这项新工作发现，命运碰撞幸存者可以失去质量，项新星成为被剥离的低质量恒星，或者可以与其他恒星合并，成为大质量恒星，并在外观上恢复活力。
西北大学的Sanaea C.Rose领导了这项研究，他说：“中心黑洞周围的区域恒星密度极高。”。
“这有点像在高峰时段穿过纽约市一个拥挤得令人难以置信的地铁站。如果你没有撞到其他人，那么你就从他们身边经过了。对于恒星来说，这些近距离碰撞仍然会导致它们在引力作用下相互作用。我们想探索这些碰撞和相互作用对恒星群体意味着什么，并描述它们的结果。”
Rose在加利福尼亚州萨克拉门托举行的美国物理学会（APS）4月会议上介绍了这项研究。“银河中心的恒星碰撞”将于周四（4月4日）举行，作为“粒子天体物理学与银河中心”课程的一部分
Rose是西北大学天体物理跨学科探索与研究中心（CIERA）的Lindheimer博士后研究员。她作为加州大学洛杉矶分校的博士候选人开始了这项工作。
注定要碰撞
我们银河系的中心是一个陌生而狂野的地方。Sgr A*的引力加速恒星以惊人的速度绕轨道旋转。银河系中心恒星的绝对数量超过一百万。密集的集群加上闪电般的速度，相当于一场高速的拆迁德比。在最里面的区域——距离黑洞0.1秒差距以内——很少有恒星能毫发无损地逃脱。
“离太阳最近的恒星距离我们大约四光年，”Rose解释道。“在超大质量黑洞附近的同一距离内，有超过一百万颗恒星。这是一个非常拥挤的社区。除此之外，超大质量黑洞具有非常强的引力。当它们围绕黑洞运行时，恒星可以以每秒数千公里的速度移动。”
在这个紧张而繁忙的区域内，恒星可以与其他恒星碰撞。恒星离超大质量黑洞越近，碰撞的可能性就越大。由于对这些碰撞的结果感到好奇，Rose和她的合作者开发了一个模拟来追踪银河系中心恒星种群的命运。模拟考虑了几个因素：星团密度、恒星质量、轨道速度、重力和距离Sgr A*的距离。
从“激烈击掌”到全面合并
在她的研究中，Rose指出了最有可能决定恒星命运的一个因素：它与超大质量黑洞的距离。
在距离黑洞0.01秒差距的范围内，恒星以每秒数千公里的速度不断碰撞。正如Rose所描述的那样，这很少是正面碰撞，更像是“猛烈的击掌”。撞击力不足以完全粉碎恒星。相反，它们脱离了外层，继续沿着碰撞路线加速。
罗斯说：“他们互相攻击，然后继续前进。”。“它们只是相互摩擦，就好像在交换一个非常剧烈的高压。这会导致恒星喷出一些物质并失去外层。根据它们移动的速度和碰撞时重叠的程度，它们可能会失去相当多的外层。这些破坏性的碰撞会导致一群奇怪的、被剥离的、低质量的恒星。”
在0.01秒差距之外，恒星以更轻松的速度移动——每秒数百公里，而不是数千公里。由于速度较慢，这些恒星相互碰撞，但没有足够的能量逃逸。相反，它们合并后变得更加庞大。在某些情况下，它们甚至可能多次合并，成为太阳质量的10倍。
“一些明星中了碰撞彩票，”Rose说。“通过碰撞和合并，这些恒星收集了更多的氢。尽管它们是由年龄较大的恒星形成的，但它们伪装成恢复活力、看起来年轻的恒星。它们就像僵尸恒星；它们吃掉了邻居。”
但年轻的外表是以缩短预期寿命为代价的。
“他们死得很快，”Rose说。“大质量恒星有点像巨大的耗油汽车。它们从大量氢气开始，但燃烧得非常非常快。”
极端环境“与众不同”
尽管Rose在研究银河系中心附近奇异的极端区域时找到了简单的乐趣，但她的工作也可以揭示银河系的历史信息。由于中心星团极难观测，她的团队的模拟可以阐明其他隐藏的过程。
“这是一个与其他任何环境都不同的环境，”Rose说。“恒星在一个非常拥挤的区域受到超大质量黑洞的影响，与我们在太阳系附近看到的任何恒星都不一样。但如果我们能了解这些恒星种群，那么我们可能就能了解到银河系中心是如何组装的。至少，这肯定会为我们居住的社区提供一个对比点。”
Rose的APS演讲将包括《天体物理杂志快报》2024年3月和《天体物理期刊》2023年9月发表的研究。