У загадочных газовых облаков вблизи черной дыры Млечного Пути теперь есть вероятный источник

Новые наблюдения и моделирование, проведенные группой исследователей под руководством MPE, показали, что массивная двойная звезда вблизи центра нашей галактики ответственна за формирование ряда загадочных газовых облаков — компактных сгустков газа, которые подпитывают сверхмассивную черную дыру Стрелец А*.

Центр нашего Млечного Пути — чрезвычайно плотная и динамичная область. В ее центре находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А* (Sgr A*), окруженная звездами, газом и пылью, которые движутся под действием экстремальных гравитационных сил. Эта область представляет собой естественную лабораторию для изучения того, как ведет себя материя вблизи черной дыры и как такие объекты пополняются новым материалом.

За последние 20 лет с помощью инфракрасных наблюдений астрономы обнаружили несколько компактных газовых облаков вблизи Sgr A*. Эти «комки» — важная подсказка для понимания того, как газ может в конечном итоге попасть в черную дыру. Однако их точное происхождение и физические процессы, которые их формируют, до сих пор остаются неясными.

G-Облака: растущее семейство

В 2012 году астрономы обнаружили первое компактное ионизированное газовое облако, получившее название G2. Его масса составляет несколько масс Земли, и оно излучает свет, исходящий от водорода и гелия, что характерно для горячего пылевого газа. G2 движется по вытянутой орбите вокруг Sgr A* и имеет слабую приливную структуру G2t. При повторном анализе более ранних наблюдений был обнаружен аналогичный объект G1, движущийся по схожей орбите.

Было выдвинуто предположение, что G1, G2 и G2t представляют собой более плотные сгустки в общем потоке газа. Умеренные колебания плотности могут приводить к образованию сгустков, поскольку яркость облака увеличивается пропорционально квадрату его плотности. Недавно исследователи обнаружили, что газ из хвоста G2 сконденсировался в третий компактный сгусток, движущийся по тому же пути. Его можно было бы назвать G3, но это название уже было присвоено другому объекту. Вместе эти объекты образуют целостную структуру — поток G1–2–3, — по которому движется вещество, проходящее через центр Галактики.

Расчеты показывают, что падение одного такого сгустка, масса которого примерно равна массе Земли, раз в десять лет может обеспечить достаточное количество материала для поддержания текущей активности Sgr A*. Таким образом, понимание того, как формируются эти сгустки, является ключом к объяснению того, как черная дыра получает топливо.

В поисках источника

Было выдвинуто несколько предположений о происхождении этих облаков: звездные ветры от массивных звезд, взрывные явления, такие как вспышки новых звезд, или приливное разрушение от Sgr A*. Чтобы проверить эти гипотезы, международная группа под руководством MPE использовала спектрографы SINFONI и ERIS с адаптивной оптикой, которые позволяют проводить высокоточную инфракрасную спектроскопию. Сосредоточившись на эмиссионной линии водорода Brackett??, они реконструировали орбиты трех облаков по их положению и скорости.

Анализ показал, что G1, G2 и G2t движутся по орбитам с практически идентичной ориентацией и формой. Вероятность того, что три не связанных между собой объекта имеют такие схожие параметры орбиты, ничтожно мала. Это указывает на общее происхождение всех трех скоплений.

Двойная звезда как источник

Проследив движение газового потока в обратном направлении в пространстве и по радиальной скорости, исследователи определили возможный источник: массивную контактную двойную звезду IRS 16SW, расположенную в диске молодых звезд, вращающихся по часовой стрелке вокруг Sgr A*. Небольшие различия в орбитах G-облака можно объяснить собственным орбитальным движением двойной звезды.

Гидродинамическое моделирование подтверждает этот вывод. Оно показывает, что газовые сгустки могут образовываться там, где звездные ветры от двойной системы сталкиваются с окружающей средой, создавая ударную волну между двумя звездами. Там газ скапливается и сжимается, в конечном итоге отделяясь в виде отдельных сгустков, которые движутся внутрь — подобно тому, что наблюдается в струйном потоке G1–2–3.

Что это значит?

Полученные данные свидетельствуют о том, что звездные ветры от массивных звезд в центре Галактики могут постоянно подпитывать черную дыру. Это открытие объединяет эволюцию звезд, динамику газа и процесс подпитки черной дыры в единую картину, показывая, что звездообразование и рост черной дыры могут быть связаны даже в нашей галактике.

На изображении:

На снимке показана динамическая среда вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. На нем видно недавно обнаруженное газовое облако G2t, а также ранее известные облака G1 и G2, чьи схожие орбиты указывают на общее происхождение от звездной системы IRS16SW.

Фото: ESO/Д. Рибейро для команды MPE GC