Звёзды вокруг чёрной дыры и звёзды, выбрасываемые из нашей Галактики, имеют одно происхождение

Группа астрономов из КНР подвергла анализу популяцию так называемых S-звёзд, вращающихся вокруг чёрной дыры Стрелец А*, что в центре нашей Галактики. Расчёты подтвердили гипотезу о том, что такие звёзды являются бывшими компонентами двойных систем, одно из солнц которых было вышвырнуто гравитационным взаимодействием из ядра галактики, а другое оказалось захвачено тяготением чёрной дыры.

Проведя математическое моделирование, исследователи попытались проанализировать возможные орбитальные параметры наиболее близких к ЧД S-звёзд (S здесь значит Saggitarius — «Стрелец», а не спектральный класс) и самых быстрых из так называемых гиперскоростных звёзд — редких светил, наблюдаемая скорость которых слишком высока, чтобы объясняться естественными причинами (доходит до 1 000 км/с, в то время как скорости нормальных звёзд обычно равны 1–2 км/с). Их скорость такова, что превышает четвёртую космическую и со временем непременно выведет такие объекты за пределы Млечного Пути, в межгалактическое пространство.

Сейчас известно всего семь светил, захваченных крупнейшей ЧД нашей Галактики (на изображении не хватает новооткрытой S-102). Но большинство астрономов уверены, что их больше. (Илл. Wikimedia Commons.)

Выяснилось, что если общее количество захваченных сейчас Стрельцом А* звёзд равно хотя бы 50, то ближайшая из них должна вращаться на удалении до 10–200 а. е. от Стрельца А* — практически на границе горизонта событий ЧД. То есть она может располагаться значительно ближе к Стрельцу А*, чем даже S-2, до недавнего времени считавшаяся непосредственной соседкой (до 120 а. е.) ЧД.

Заметим, что это предположение блистательно подтвердилось на днях с обнаружением звезды S-102, но из этого также следует, что внутри орбиты S-102 может находиться ещё одна звезда, даже более близкая к ЧД.

Интересной проблемой, вытекающей из развиваемой китайцами гипотезы, является статус и дальнейшая судьба таких светил. Если предположения современной физики относительно захваченных гравитацией звёзд верны, то для стороннего наблюдателя (нас) по мере приближения к горизонту событий такие звёзды будут падать в ЧД всё медленнее, возможно, никогда не достигнув её. С другой стороны, в этом случае пришлось бы считать, что за миллиарды лет своей жизни Стрелец А* захватил считанные десятки звёзд; это невозможно объяснить, имея в виду столь населённое место, как центр нашей Галактики. Если же теория о происхождении S-звёзд исключительно из двойных систем верна, то получается, что гиперскоростные звёзды, выброшенные гравитационным взаимодействием из центра Галактики (пока мы знаем лишь о полутора десятках подобных), извлекли с помощью механизма Пенроуза энергию из эргосферы ЧД, и близкие к ним вторые звёзды системы могут обладать скоростями, слишком высокими для падения на ЧД в сколько-нибудь обозримом будущем.

Система трёх звёзд, из которой вышел голубой гигант HE 0437-5439, «пожертвовала» одной звездой, оставшийся у ЧД, а два выброшенных прочь элемента впоследствии слились. (Илл. NASA, ESA, O. Gnedin.)

Как отмечают авторы работы, такие гиперскоростные звёзды должны быть удалены от центра Галактики на 20 кпк с лишним (72 тыс. световых лет). Заметим, что примеры таких звёзд имеются — а следовательно, представленная модель не противоречит наблюдаемым фактам.

По всей видимости, в подобных гравитационных манёврах вблизи ЧД Стрелец А* могли участвовать не только двойные, но и тройные звезды. Так, HE 0437-5439, молодая голубая звезда возрастом в 20 млн лет, также относящаяся к гиперскоростным, согласно расчётам, вылетела из центра нашей Галактики 100 млн лет назад, когда её, строго говоря, ещё не могло быть. Вкупе с её значительной массой (9 солнечных) это даёт основания полагать, что речь идёт о продукте слияния двух более старых светил меньшей массы.

Чтобы объяснить выбрасывание такой двойной системы из окрестностей ЧД, остаётся лишь предположить, что первоначально она состояла из трёх звёзд, одна из которых была захвачена Стрельцом А*, а остальные — вытолкнуты из окрестностей последнего.

Подготовлено по материалам arXiv.