De flesta mjölkvägsstjärnor - som vår egen sol - rör sig i miljoner år långa nästan cirkulära banor som inte är störda av det supermassiva svarta hålet (SMBH) mitt i galaxen. Men på Vintergatan kan stjärnor i stjärnor visa ovanligt frenetiska och mycket excentriska rörelser. De som är närmast SMBH tillbringar större delen av sin tid nära aphelion - långt borta från dess händelseshorisont. Men SMBH: s obevekliga gravitationsgrepp drar dem snart inåt mot perihelion. När dessa stjärnor tappar foten i SMBHs tyngdkraftsbrunn, accelererar de snabbt - bara undgår total upplösning på grund av deras extremt höga vinkelriktningsomfång.
Sådana "S-stjärnor" identifierades först av två oberoende team av astronomer (en ledd av Reinhard Genzel vid Max Planck Institute i Garching, Tyskland och den andra av Andrea Ghez vid UCLA) 2002. På grund av höga koncentrationer av gas och damm som omsluter den galaktiska kärnan, måste teamen upptäcka dessa mycket mobila källor med infrarött ljus. Genom att leta efter förskjutningar i stjärns spektra och bestämma hur snabbt de rörde sig i förhållande till andra föremål, kunde exakta banor erhållas. Under de tre åren sedan deras upptäckt har en S-stjärna (S2) nästan slutfört en fullständig omloppsbana om Vintergatan SMBH.
Men det är något mycket speciellt med S-stjärnor. Baserat på nuvarande modeller av stjärnutveckling borde dessa stjärnor vara väldigt gamla - men har på något sätt lyckats behålla alla ungdomars egenskaper.
De teoretiska astronomerna Melvyn Davies från Lund Observatory, Sverige och Andrew King från University of Leicester, Storbritannien har ett svar: ”Vår bild förklarar samtidigt varför S-stjärnor har tätt bundna banor och den observerade utarmningen av röda jättar i centrum av galaxen. ” De flesta stjärnor som ses runt oss (utanför Milky Way Central) har väl förstått livscykler. Dessa stjärnor passerar genom en "huvudsekvens" av utveckling - härrörande från stora kroppar med låg temperatur med ultrande centrala fusionsugnar och slutar som små vita dvärgar som utstrålar "värme" som synligt ljus medan de lugnt kyler ut i skymningen av deras himmelkarriärer.
En stjärns öde bestäms främst av dess massa. Supermassiva stjärnor, (så stora som 150 solar) lever mycket snabba liv och överlever i så lite som femtiotusen år. Under deras ungdomar gläder dessa stjärnor som lysande blå jättar med yttemperaturer så höga som 30 000 grader C. Samtidigt lever mer blygsamma stjärnor som solen mycket längre, glödande tempererat i 5 till 15 miljarder år vid lägre yttemperaturer (5 000 - 10 000 grader) C). Inom alla stjärnor ger kärnugnar den energi som behövs för att skapa synligt ljus. När en stjärna mognar växer dess kärnugn i ytområdet och avger mer och mer strålning. Vid en viss punkt blir kärnstrålningstrycket så intensivt att den yttre atmosfären hos stjärnan sväller många gånger över. Detta diffusa gasformiga hölje berättar för astronomer att en stjärna är väl avancerad i ålder och närmar sig slutet av sin livscykel.
Men det finns inga sådana "rödjättar" bland S-stjärnorna på Milky Way Central.
Alla stjärnor föds i kluster och bildar föreningar. Detta bör inkludera S-stjärnor nära SMBH. Stjärnklyngar fälls ut som en grupp ur stora regioner med nebulärt damm och urgas. Även om klusterstjärnor är bundna ihop gravitationellt kan tidvattenkrafter från galaxens centrum riva dem isär över miljoner år. Enskilda stjärnor inom sådana kluster spiralar sedan inåt mot galaxens kärna. När detta inträffar borde dessa stjärnor åldras till att bli "stjärnor inom stjärnor" - mycket strålande blå stjärnkärnor som omsluts av enormt svullna gasformiga rödgigantiska kuvert. I sitt papper "The Stars of the Galactic Center" (publicerad 21 mars 2005) fortsätter författarna att säga: "S-stjärnor går i en region där tidvattenkrafter från det centrala supermassiva svarta hålet förhindrar stjärnbildning."
Enligt nuvarande astronomiskt tänkande bör S-stjärnor också bildas i kluster, och dessa kluster måste ha sitt ursprung långt ifrån tidvattenkrafter nära galaxkärnan. Det är givetvis möjligt för S-stjärnor att ha en annan födelsecykel än andra stjärnor. En idé som utforskats av teoretiker är att kärn-S-stjärnor bildas som ett resultat av nyligen kollisioner mellan täta molekylära moln nära Milky Way Central. En annan uppfattning är att de kan spinnas ut ur ackretionsdisken som omger SMBH själv. För att redogöra för deras ljusstyrka och höga temperaturer (30K grader C) måste S-stjärnor ha mellanliggande massor (~ 10 solenergi) och leva relativt korta livscykler (~ 10 Myrs). På grund av dessa begränsningar måste kärn-S-stjärnor alla vara relativt unga och nya måste ständigt bildas.
”En trolig alternativ bild är att S-stjärnor är resultatet av att massiva stjärnkluster sjunker mot det svarta hålet genom dynamisk friktion. Tidvattnet stör dock sådana kluster på avstånd mycket längre ut än regionen för de observerade S-stjärnorna. För att leverera S-stjärnorna krävs spridning till nära radiella banor genom gravitationsinteraktioner med andra stjärnor. Men denna process sker på en tidsskala som avsevärt skulle överskrida huvudsekvensens livslängd för sådana stjärnor av de observerade temperaturerna. " skriver paret.
Effektivt måste kärn-S-stjärnor antingen vara mycket ungdomliga och levereras till regionen av SMBH av någon okänd mekanism, eller de måste vara mycket äldre än trott och på något sätt göras "ungdomlig" genom att interagera med det svarta hålet och dess omedelbara omgivningar. Kan det finnas en "fontän av stellar ungdomar" i mitten av Vintergalaxen?
"Stripping stars löser födelseproblemet.", Säger författarna. "... de enda stjärnorna som potentiellt kan identifieras som röda jättar i Galactic Center förlorar sina kuvert och förvandlas till S-stjärnor istället." Core S-stjärnor har genomgått en process med klusterfödelse och mognad som liknar vår sol. Eftersom de kan vara mindre massiva än en gång trodde (~ 1-4 solmassor) har de haft mer tid att gå mot kärnan.
Driven inåt genom gravitationsspridning från mer massiva stjärnor får dessa åldrande röda jättar en kosmisk "ansiktslyftning" - när tidvattenskrafter i svart hål släpper bort sina yttre höljen för att gå med andra gaser som drivs med SMBH själv. På grund av mer än en gång tänkt livslängd har dessa stjärnor med lägre massor haft god tid att komma fram till den galaktiska kärnan från mer avlägsna kluster. Det faktum att de har tappat hylorna förklarar deras relativa glans, höga temperaturer och uppenbara ungdomar.
Har vår egen sol en sådan framtid innan den?
Enligt Melvyn Davies: ”Nej, solen får inte samma öde. Vi är för långt från det galaktiska centrumet. Vi är ungefär 30000 ljusår från det svarta hålet; stjärnorna som sprids i har kommit från mycket närmare, verkligen inte längre än cirka 3000 ljusår. ” Professor Andrew King tillägger, ”The Sun har ingen nära följeslagare som kan störa dess normala utveckling. Så det kommer så småningom att bli en röd jätte och utvecklas till en vit kvarts dvärg. "
Det verkar som om det inte finns någon ungdomskälla i galaxens centrum trots allt.
Skrivet av Jeff Barbour
