Gdzie się podziały czerwone olbrzymy w Drodze Mlecznej

Oparta na symulacjach sekwencja kolejnych etapów  wejścia i wyjścia czerwonego olbrzyma w zagęszczenie ulegającego fragmentacji dysku. W tym przypadku, przejście przez obłok zajmuje gwieździe 4 dni (każdy 0.1 jednostki czasu to ok. 1 godzina). Źródło: Georgia Institute of Technology
Oparta na symulacjach sekwencja kolejnych etapów wejścia i wyjścia czerwonego olbrzyma w zagęszczenie ulegającego fragmentacji dysku. W tym przypadku, przejście przez obłok zajmuje gwieździe 4 dni (każdy 0.1 jednostki czasu to ok. 1 godzina). Źródło: Georgia Institute of Technology

Nowe symulacje komputerowe przeprowadzone przez naukowców z Georgia Institute of Technology umożliwiły przeprowadzenie testu hipotezy tłumaczącej dlaczego centrum Drogi Mlecznej wydaje się wypełnione młodymi gwiazdami, a brakuje w nim gwiazd starych. Zgodnie z teorią pozostałości starszych, czerwonych olbrzymów wciąż tam są – po prostu nie są wystarczająco jasne, aby można było je dostrzec za pomocą teleskopów.

Symulacje przeprowadzone w Georgia Tech testowały teorię, według której owe czerwone olbrzymy utraciły swoją jasność po tym, jak miliony lat temu zostały odarte z kilkudziesięciu procent swojej masy w licznych zderzeniach z dyskiem akrecyjnym znajdującym się w centrum galaktyki. Samo występowanie młodych gwiazd, które są dzisiaj obserwowane w centrum galaktyki wskazuje, że taki gazowy dysk akrecyjny istniał w centrum galaktyki. To właśnie z niego powstały te młode gwiazdy. Niektóre z nich powstały dopiero kilka milionów lat temu.

Wyniki badań zostaną opublikowane w czerwcowym wydaniu periodyku Astrophysical Journal. To pierwsze badania w ramach których przeprowadzono symulacje komputerowe teorii, która została zaprezentowana w 2014 roku.

Astrofizycy z Georgia Tech stworzyli modele czerwonych olbrzymów podobnych do tych, których brakuje w centrum galaktyki – gwiazd, których wiek szacuje się na ponad miliard lat, a które są kilkadziesiąt razy większe od Słońca. Następnie te gwiazdy umieszczono w komputerowej wersji tunelu aerodynamicznego, w którym symulowano zderzenia gwiazd z gazowym dyskiem, który kiedyś zajmował większą część przestrzeni w odległości 5 parseków od centrum galaktyki. Symulowano różne prędkości orbitalne oraz gęstości dysku, w celu odkrycia warunków niezbędnych do spowodowania znacznych uszkodzeń czerwonych olbrzymów.

„Czerwone olbrzymy mogły utracić znaczną część swojej masy tylko w przypadku zderzenia z bardzo masywnym i gęstym dyskiem,” mówi Tamara Bogdanovic, profesor na Georgia Tech i współautorka opracowania.  „Na tyle gęstym, że grawitacja doprowadziłaby do fragmentacji samego dysku i powstania masywnych zagęszczeń, które mogłyby być budulcem nowej generacji gwiazd.”

Symulacje wskazują, że każdy czerwony olbrzym wlatywał i wylatywał z dysku nawet kilkanaście razy,  a samo przejście przez dysk zajmowało niekiedy kilka dni lub tygodni. Każde zderzenie powodowało oderwanie części masy od gwiazdy.

Według Thomasa Forresta Kieffera, byłego studenta na Georgia Tech, głównego autora artykułu, jest to proces, który mógł mieć miejsce 4 do 8 milionów lat temu, co zgadza się z wiekiem młodych gwiazd obserwowanych dzisiaj w centrum Drogi Mlecznej.

Sekwencja pojedynczych ujęć z symulacji przedstawia czerwonego olbrzyma przechodzącego przez zagęszczenie gazu o wysokiej gęstości.  Źródło: Georgia Institute of Technology
Sekwencja pojedynczych ujęć z symulacji przedstawia czerwonego olbrzyma przechodzącego przez zagęszczenie gazu o wysokiej gęstości. Źródło: Georgia Institute of Technology

„Jedyny scenariusz, w którym mogło do tego dojść w tak stosunkowo krótkim czasie wymaga, aby dysk, który uległ fragmentacji, charakteryzował się dużo większą masą niż wszystkie młode gwiazdy, które z niego powstały – co najmniej 100 do 1000 razy większą.”

Ponadto zderzenia najprawdopodobniej zmniejszyły energię kinetyczną czerwonych olbrzymów o co najmniej 20-30 procent, co doprowadziło do zawężenia ich orbit i zbliżenia gwiazd do czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej. Jednocześnie, zderzenia mogły zwiększyć prędkość obrotu czerwonych olbrzymów wokół własnej osi.

„Nie wiemy zbyt wiele o warunkach, które doprowadziły do ostatniego okresu powstawania gwiazd w centrum galaktyki lub o tym czy ten obszar mógł zawierać tak dużo gazu,” przyznaje Bogdanovic. „Jeżeli tak było, to w centrum galaktyki spodziewamy się znaleźć wiele bardzo ciemnych czerwonych olbrzymów, o ciasnych orbitach, obracających się w szybszym tempie niż byśmy tego oczekiwali. Jeżeli zaobserwujemy taką populację czerwonych olbrzymów poza niezbyt liczną grupą gwiazd, które osiągają poziom jasności pozwalający na detekcję, otrzymamy bezpośrednie potwierdzenie hipotezy mówiącej o zderzeniach gwiazd z dyskiem oraz dowiemy się dużo więcej o początkach historii Drogi Mlecznej.”

Źródło: Georgia Institute of Technology

Komentarze

comments