Гравитационный удар объясняет странную форму скопления звезд в центре Андромеды

Когда две галактики сталкиваются, сверхмассивные черные дыры испускают разрушительный гравитационный удар, похожий на отдачу от дробовика. Новое исследование предполагает, что мощность такого толчка может сбить миллионы звезд на неустойчивые орбиты.

Исследование, опубликованное 29 октября в The Astrophysical Journal Letters, помогает разгадать многолетнюю тайну, связанную со скоплением звезд странной формы в самом сердце галактики Андромеды. Это также поможет 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. «Вместо этого они нашли огромную продолговатую массу».

Теперь они с коллегами считают, что у них есть объяснение.

В 1970-х годах ученые запустили воздушные шары высоко в атмосферу Земли, чтобы внимательно рассмотреть в ультрафиолетовом свете галактику Андромеду, ближайшую к Млечному Пути. Космический телескоп Хаббла продолжил эти первоначальные наблюдения в 1990-х годах и сделал удивительное открытие: как и наша галактика, Андромеда имеет форму гигантской спирали. Но богатая звездами область, рядом с центром спирали, выглядит необычно - орбиты звезд принимают странную овальную форму.

«И никто не знал почему», - сказал Мэдиган, доцент кафедры астрофизики. Ученые называют этот узор «эксцентричным ядерным диском».

В новом исследовании команда использовала компьютерное моделирование для создания ситуации, когда две сверхмассивные черные дыры разрушаются вместе - Андромеда, вероятно, образовалась во время аналогичного слияния миллиарды лет назад. Основываясь на расчетах команды, сила, создаваемая таким слиянием, может изгибать и притягивать орбиты звезд к центру галактики, создавая 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 и аспирант по астрофизике. «Мы хотели знать: каковы последствия этого?»

Он добавил, что выводы команды помогают выявить некоторые силы, которые могут управлять разнообразием примерно двух триллионов галактик во Вселенной сегодня - некоторые из них очень похожи на спиралевидный Млечный Путь, а другие больше похожи на футбольные мячи или неправильные капли.

Слияния могут сыграть важную роль в формировании звездных масс: когда галактики сталкиваются, черные дыры в центрах могут начать вращаться вокруг друг друга, перемещаясь все быстрее и быстрее, пока в итоге не столкнутся друг с другом. В процессе они испускают огромные импульсы гравитационных волн или буквальную рябь в ткани пространства и времени.

«Эти гравитационные волны унесут импульс от оставшейся черной дыры, и получится отдача, как у ружья», - сказал Акиба.

Ученые 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.

Они использовал компьютеры для построения моделей поддельных галактических центров, содержащих сотни звезд, а затем ударили по центральной черной дыре, чтобы смоделировать отдачу от гравитационных волн.

Гравитационные волны, вызванные таким катастрофическим столкновением, не повлияют напрямую на звезды в галактике. Но отдача отбросит оставшуюся сверхмассивную черную дыру обратно в космос - со скоростью, которая может достигать миллионов миль в час, что неплохо для тела с массой в миллионы или миллиарды раз больше массы Солнца.

«Если вы - сверхмассивная черная дыра и начинаете двигаться со скоростью тысячи километров в секунду, то действительно можете сбежать из галактики, в которой находитесь», - сказал Мэдиган.

Но когда черные дыры не ускользают, команда обнаружила, что они могут вытягивать орбиты звезд прямо вокруг себя, заставляя их расширяться. Результат очень похож на форму, которую ученые видят в центре Андромеды.

Ученые хотят расширить свои модели, чтобы напрямую сравнивать результаты компьютеров с реальным ядром галактики, которое содержит во много раз больше звезд. Они отметили, что их открытия могут помочь ученым понять необычные явления вокруг других объектов во Вселенной, таких как планеты, вращающиеся вокруг нейтронных звезд.