一项新的研究追踪了生活在银河系中心黑洞附近的恒星的命运
这幅图显示了非常靠近人马座A*的恒星的轨道，人马座是银河系中心的一个超大质量黑洞。来源：uux.cn/ESO/L.Calçada/Spaceengine.org
（神秘的地球uux.cn）据西北大学：尽管它们的年龄很古老，但一些围绕银河系中心超大质量黑洞运行的恒星看起来似乎很年轻。但与人类不同的是，这些明星看起来年轻的原因要黑暗得多，因为人类可能会从新一轮的胶原蛋白注射中恢复活力。
他们吃掉了邻居。
这只是西北大学最新研究的一个更奇特的发现。天体物理学家使用一个新模型追踪了1000颗模拟恒星围绕银河系中心超大质量黑洞人马座a*（Sgr a*）的剧烈运动。
该地区恒星密度如此之大，通常会经历残酷的恒星碰撞。通过模拟这些强烈碰撞的影响，这项新工作发现，碰撞幸存者可以失去质量，成为被剥离的低质量恒星，或者可以与其他恒星合并，成为大质量恒星，并在外观上恢复活力。
西北大学的Sanaea C.Rose领导了这项研究，他说：“中心黑洞周围的区域恒星密度极高。”。
“这有点像在高峰时段穿过纽约市一个拥挤得令人难以置信的地铁站。如果你没有撞到其他人，那么你就从他们身边经过了。对于恒星来说，这些近距离碰撞仍然会导致它们在引力作用下相互作用。我们想探索这些碰撞和相互作用对恒星群体意味着什么，并描述它们的结果。”
Rose在加利福尼亚州萨克拉门托举行的美国物理学会（APS）4月会议上介绍了这项研究。“银河中心的恒星碰撞”将于周四（4月4日）举行，作为“粒子天体物理学与银河中心”课程的一部分
Rose是西北大学天体物理跨学科探索与研究中心（CIERA）的Lindheimer博士后研究员。她作为加州大学洛杉矶分校的博士候选人开始了这项工作。
注定要碰撞
我们银河系的中心是一个陌生而狂野的地方。Sgr A*的引力加速恒星以惊人的速度绕轨道旋转。银河系中心恒星的绝对数量超过一百万。密集的集群加上闪电般的速度，相当于一场高速的拆迁德比。在最里面的区域——距离黑洞0.1秒差距以内——很少有恒星能毫发无损地逃脱。
“离太阳最近的恒星距离我们大约四光年，”Rose解释道。“在超大质量黑洞附近的同一距离内，有超过一百万颗恒星。这是一个非常拥挤的社区。除此之外，超大质量黑洞具有非常强的引力。当它们围绕黑洞运行时，恒星可以以每秒数千公里的速度移动。”
在这个紧张而繁忙的区域内，恒星可以与其他恒星碰撞。恒星离超大质量黑洞越近，碰撞的可能性就越大。由于对这些碰撞的结果感到好奇，Rose和她的合作者开发了一个模拟来追踪银河系中心恒星种群的命运。模拟考虑了几个因素：星团密度、恒星质量、轨道速度、重力和距离Sgr A*的距离。
从“激烈击掌”到全面合并
在她的研究中，Rose指出了最有可能决定恒星命运的一个因素：它与超大质量黑洞的距离。
在距离黑洞0.01秒差距的范围内，恒星以每秒数千公里的速度不断碰撞。正如Rose所描述的那样，这很少是正面碰撞，更像是“猛烈的击掌”。撞击力不足以完全粉碎恒星。相反，它们脱离了外层，继续沿着碰撞路线加速。
罗斯说：“他们互相攻击，然后继续前进。”。“它们只是相互摩擦，就好像在交换一个非常剧烈的高压。这会导致恒星喷出一些物质并失去外层。根据它们移动的速度和碰撞时重叠的程度，它们可能会失去相当多的外层。这些破坏性的碰撞会导致一群奇怪的、被剥离的、低质量的恒星。”
在0.01秒差距之外，恒星以更轻松的速度移动——每秒数百公里，而不是数千公里。由于速度较慢，这些恒星相互碰撞，但没有足够的能量逃逸。相反，它们合并后变得更加庞大。在某些情况下，它们甚至可能多次合并，成为太阳质量的10倍。
“一些明星中了碰撞彩票，”Rose说。“通过碰撞和合并，这些恒星收集了更多的氢。尽管它们是由年龄较大的恒星形成的，但它们伪装成恢复活力、看起来年轻的恒星。它们就像僵尸恒星；它们吃掉了邻居。”
但年轻的外表是以缩短预期寿命为代价的。
“他们死得很快，”Rose说。“大质量恒星有点像巨大的耗油汽车。它们从大量氢气开始，但燃烧得非常非常快。”
极端环境“与众不同”
尽管Rose在研究银河系中心附近奇异的极端区域时找到了简单的乐趣，但她的工作也可以揭示银河系的历史信息。由于中心星团极难观测，她的团队的模拟可以阐明其他隐藏的过程。
“这是一个与其他任何环境都不同的环境，”Rose说。“恒星在一个非常拥挤的区域受到超大质量黑洞的影响，与我们在太阳系附近看到的任何恒星都不一样。但如果我们能了解这些恒星种群，那么我们可能就能了解到银河系中心是如何组装的。至少，这肯定会为我们居住的社区提供一个对比点。”
Rose的APS演讲将包括《天体物理杂志快报》2024年3月和《天体物理期刊》2023年9月发表的研究。
