Гравитационный удар может объяснить странную форму в центре Андромеды

График, показывающий орбиту звезд вокруг сверхмассивной черной дыры до, слева и после гравитационного «удара». 

Исследование, опубликованное 29 октября в Письма в астрофизический журнал, помогает разгадать давнюю тайну, связанную с скоплением звезд странной формы в самом сердце Галактики Андромеды. Это также может помочь исследователям лучше понять процесс роста галактик, питаясь друг другом.

«Когда ученые впервые посмотрели на Андромеду, они ожидали увидеть сверхмассивную черную дыру, окруженную относительно симметричным скоплением звезд», — сказала Энн-Мари Мэдиган, сотрудник JILA, совместного исследовательского института между CU Boulder и Национальным институтом стандартов. и технологии (NIST).

«Вместо этого они нашли эту огромную продолговатую массу».

Теперь она и ее коллеги думают, что у них есть объяснение.

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

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

В новом исследовании команда использовала компьютерное моделирование, чтобы отследить, что происходит, когда две сверхмассивные черные дыры рушатся 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 вытянутый 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?»

Сгибание пространства и времени

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 — на Млечный Путь. футбольные мячи или пятна неправильной формы.

Слияния могут сыграть важную роль в формировании этих звездных масс: когда галактики сталкиваются, сказал Акиба, черные дыры в центрах могут начать вращаться вокруг друг друга, перемещаясь все быстрее и быстрее, пока они в конечном 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 вы получите отдачу, как у ружья», — сказал Акиба.

Он и Мэдиган хотели знать, что такая отдача может сделать со звездами в пределах 1 парсек, или примерно 19 триллионов миль, от центра галактики. Андромеда, которую можно увидеть невооруженным глазом с Земли, простирается от конца до конца на десятки тысяч парсеков. Это становится довольно дико.

Галактическая отдача

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

Мэдиган объяснил, что 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 Земли.

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

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

Мэдиган и Акиба сказали, что они хотят расширить свои модели, чтобы они могли напрямую сравнивать результаты своих компьютеров с реальным ядром галактики, которое содержит во много раз больше звезд. Они отметили, что их открытия могут также помочь ученым понять необычные явления вокруг других объектов во Вселенной, таких как планеты, вращающиеся вокруг загадочных тел, называемых нейтронными звездами.

«Эту идею — если вы находитесь на орбите вокруг центрального объекта и этот объект внезапно улетает — можно уменьшить, чтобы исследовать множество различных систем», — сказал Мэдиган.