В нескольких словах
Сверхмассивная черная дыра Стрелец A* в центре Млечного Пути оказывает мощное воздействие на процессы формирования звезд и эволюцию галактики в целом. Изучение ее окружения помогает ученым раскрывать тайны космоса и понимать место нашей галактики во Вселенной.
Мы знаем, что Стрелец A* (Sgr A*), сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики Млечный Путь, быстро вращается, искривляя пространство-время. Эта, казалось бы, незначительная деталь — скорость вращения — таит в себе ключи к пониманию процесса ее формирования. Один из важнейших аспектов для понимания этих космических «монстров» — это понимание того, как они достигли своих колоссальных размеров: образовались ли они в результате слияния меньших черных дыр? Или же набирали массу, поглощая окружающий газ? Скорость вращения Sgr A* свидетельствует о том, что значительная часть массы черной дыры получена за счет аккреции вещества из ее окружения. И именно об этом окружении мы сегодня и поговорим.
Что бы мы увидели, столкнувшись с черной дырой?
В центрах большинства галактик, как спиральных, так и эллиптических, находится сверхмассивная черная дыра. Изучение окружения этих объектов показывает, что они оказывают огромное влияние на глобальную эволюцию галактики, в которой находятся. Хотя черная дыра сама по себе не излучает свет, когда она активна, вещество, падающее на нее, не только помогает ей расти, но и высвобождает огромное количество энергии в виде наблюдаемого излучения, которое распространяется в окружающее пространство.
Сверхмассивная черная дыра по размеру примерно сопоставима с нашей Солнечной системой, в то время как галактика, в которой она находится, в миллиард раз больше. Однако излучение и поток газа, возникающие в результате бурных условий вблизи черной дыры, определяют, как со временем будет развиваться вся галактика. Например, черная дыра может нагревать газ и замедлять формирование звезд, или, в некоторых случаях, активировать его, а также способствовать распространению химически обогащенного вещества на большие расстояния.
Районы, близкие к центрам галактик, являются экстремальными с многих точек зрения. В частности, в нашей галактике, плотность звезд в этой области является самой высокой в Млечном Пути. Давайте сравним цифры: в окрестностях Солнца плотность звезд составляет примерно 0,1 звезды на 34,7 кубических световых лет. В галактическом центре, в том же объеме, находится 10 миллионов звезд, причем некоторые из них движутся с огромной скоростью из-за присутствия центральной черной дыры. Примерно в том же объеме, где в нашей окрестности нет ни одной звезды, только Солнце и ближайшая звезда Проксима Центавра b на расстоянии 4,24 световых года, центр нашей галактики содержит более десятка миллионов звезд.
Галактический центр, безусловно, является местом в Млечном Пути с наибольшей плотностью звезд, но есть и другие области, которые, хотя и не приближаются к этим цифрам, также обладают высокой плотностью звезд: шаровые скопления. Шаровое скопление — это скопление звезд, которое в своем центре может содержать до 10 000 звезд на кубический парсек (34,7 кубических световых лет). Даже при таком количестве звезд в столь малом пространстве столкновения редки, и мы знаем об этом, потому что в шаровых скоплениях, которые мы можем наблюдать более подробно, чем центр галактики, в их центрах есть так называемые голубые «запаздывающие» звезды, которые являются молодыми и массивными звездами, образовавшимися в результате столкновения двух старых звезд меньшей массы. Менее одной из каждых 10 000 звезд в шаровых скоплениях — голубые «запаздывающие» звезды, что свидетельствует о редкости звездных столкновений даже в этих экстремальных условиях.
Крупнейший склад плотного газа
Вернемся к окружению Sgr A* и к еще одному из его необычайных свойств: крупнейшему складу плотного газа в галактике, вещества, из которого строятся звезды. Поэтому, наверное, неудивительно, что там звезды формируются с самой высокой скоростью во всем Млечном Пути. И это подводит нас к одному из самых фундаментальных вопросов в астрофизике: формируются ли звезды всегда одинаково, или экстремальные условия определенных областей изменяют способ их построения? В науке нам нравятся универсальные законы, поэтому нам так интересно узнать, что происходит в экстремальном окружении центра галактики, чтобы проверить, как нарушаются, так и как соблюдаются правила.
При отсутствии лучшей информации мы предполагаем, что способ построения звезд, рецепт, который говорит нам, сколько звезд формируется с определенной массой, является универсальным. То есть он сохраняет одну и ту же форму во все времена и во всех галактиках. И хотя астрофизики пытаются найти отклонения от этого глобального закона во всех возможных средах, до сих пор, за исключением самых низких масс (ниже массы Солнца) и самых высоких (более чем в 10 раз больше массы Солнца и в прошлом), он, кажется, остается довольно неизменным. Чтобы проверить это, необходимо наблюдать, выполняется ли это там, где формируются звезды, и в нашей галактике самая экстремальная среда, которую мы еще не полностью знаем, находится в окрестностях Sgr A*.
Сердце Млечного Пути находится всего в 26 000 световых лет от нас, но высокая плотность звезд и обширные и плотные межзвездные облака газа и пыли затемняют наш обзор галактического центра. И это затрудняет не только проведение исследований обоснованности этого универсального закона звездообразования, но и понимание влияния присутствия черной дыры на процессы обратной связи газа. Таким образом, хотя мы постепенно раскрываем детали, характеризующие их, эти захватывающие объекты скрывают ценные ключи для науки в своем непосредственном окружении, воздействуя на всю галактику, частью которой они являются. И это именно то, что мы пытаемся сделать: связать историю звездообразования с самой историей галактики, которая, в свою очередь, является нашей историей.
