Гравитационный «удар» может объяснить странную форму в центре Андромеды
AstroNews.ru - 05 Ноября 2021 19:07:22
Когда две галактики сталкиваются, сверхмассивные черные дыры в их ядрах испускают разрушительный гравитационный "удар", подобный отдаче от дробовика. Новое исследование, проведенное CU Boulder, предполагает, что этот удар может быть настолько мощным, что может выбить миллионы звезд на шаткие орбиты.
Исследование, опубликованное 29 октября в журнале Astrophysical Journal Letters, помогает разгадать давнюю загадку, окружающую скопление звезд странной формы в центре галактики Андромеда. Это также может помочь исследователям лучше понять процесс роста галактик, питающихся друг другом.
"Когда ученые впервые посмотрели на Андромеду, они ожидали увидеть сверхмассивную черную дыру, окруженную относительно симметричным скоплением звезд", - сказала Энн-Мари Мэдиган, сотрудник JILA, совместного исследовательского института CU Boulder и Национального института стандартов и технологий (NIST). "Вместо этого они обнаружили эту огромную удлиненную массу".
Теперь она и ее коллеги думают, что у них есть объяснение.
В 1970-х годах ученые запустили воздушные шары высоко в атмосферу Земли, чтобы внимательно рассмотреть в ультрафиолетовом свете Андромеду, галактику, ближайшую к Млечному Пути. Космический телескоп Хаббл продолжил эти первоначальные наблюдения в 1990-х годах и сделал удивительное открытие: как и наша собственная галактика, Андромеда имеет форму гигантской спирали. Но область, богатая звездами вблизи центра этой спирали, выглядит не так, как должна выглядеть - орбиты этих звезд принимают странную овальную форму.
И никто не знал почему, сказал Мэдиган, также доцент астрофизики. Ученые называют этот рисунок "эксцентричным ядерным диском".
В новом исследовании команда использовала компьютерное моделирование, чтобы отследить, что происходит, когда две сверхмассивные черные дыры сталкиваются друг с другом - Андромеда, вероятно, образовалась во время аналогичного слияния миллиарды лет назад. Основываясь на расчетах команды, сила, создаваемая таким слиянием, может искривлять и вытягивать орбиты звезд вблизи галактического центра, создавая этот характерный удлиненный узор.
"Когда галактики сливаются, их сверхмассивные черные дыры собираются вместе и в конечном итоге становятся единой черной дырой", - сказал Тацуя Акиба, ведущий автор исследования. "Мы хотели знать: каковы последствия этого?"
Изгиб пространства и времени
Он добавил, что выводы команды помогают выявить некоторые силы, которые, возможно, определяют разнообразие примерно двух триллионов галактик во Вселенной сегодня - некоторые из которых очень похожи на спиралевидный Млечный Путь, в то время как другие больше похожи на футбольные мячи или пятна.
Слияния могут сыграть важную роль в формировании этих масс звезд: когда галактики сталкиваются, сказал Акиба, черные дыры в центрах могут начать вращаться друг вокруг друга, двигаясь все быстрее и быстрее, пока в конечном итоге не столкнутся друг с другом. В процессе они испускают огромные импульсы "гравитационных волн", или буквально рябь в ткани пространства и времени.
"Эти гравитационные волны унесут импульс от оставшейся черной дыры, и вы получите отдачу, подобную отдаче пистолета", - сказал Акиба.
Он и Мэдиган хотели знать, что такая отдача может сделать со звездами в пределах 1 парсека, или примерно 19 триллионов миль, от центра галактики. Андромеда, которую можно увидеть невооруженным глазом с Земли, простирается на десятки тысяч парсеков из конца в конец.
Галактическая отдача
Дуэт использовал компьютеры для создания моделей галактических центров, содержащих сотни звезд, а затем ударил по центральной черной дыре, чтобы имитировать отдачу от гравитационных волн.
Мэдиган объяснил, что гравитационные волны, создаваемые такого рода катастрофическими столкновениями, не влияют непосредственно на звезды в галактике. Но отдача отбросит оставшуюся сверхмассивную черную дыру обратно в космос - со скоростью, которая может достигать миллионов километров в час, что неплохо для тела с массой в миллионы или миллиарды раз большей, чем у нашего Солнца.
"Если вы сверхмассивная черная дыра и начинаете двигаться со скоростью тысячи километров в секунду, вы действительно можете сбежать из галактики, в которой живете", - сказал Мэдиган.
Однако, когда черные дыры не убегают, они могут притягивать орбиты звезд прямо вокруг себя, заставляя эти орбиты растягиваться. В результате получается очень похожая форма, которую ученые видят в центре Андромеды.
Мэдиган и Акиба сказали, что хотят расширить свои симуляции, чтобы они могли напрямую сравнить свои компьютерные результаты с реальным ядром галактики, которое содержит во много раз больше звезд. Они отметили, что их результаты также могут помочь ученым понять необычные явления, происходящие вокруг других объектов во Вселенной, таких как планеты, вращающиеся вокруг таинственных тел, называемых нейтронными звездами.