银河核心的“僵尸恒星”与时间赛跑 还会吃掉自己的邻居

这只是美国西北大学最新研究的奇特发现之一。天体物理学家利用一个新模型，追踪了绕银河系中心超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）运行的1000颗模拟恒星的暴力旅程。

由于恒星如此密集，该区域通常会经历残酷的恒星碰撞。通过模拟这些激烈碰撞的影响，这项新研究发现，碰撞的幸存者可能会失去质量，成为被剥离的低质量恒星，也可能会与其他恒星合并，成为大质量恒星，并在外观上重新焕发青春。

西北大学的 Sanaea C. Rose 说："中央黑洞周围区域恒星密集，运动速度极快。这有点像在高峰时段穿过纽约市拥挤不堪的地铁站。如果你没有撞上其他人，那么你就会与他们擦肩而过。对于恒星来说，这些近距离碰撞仍然会使它们产生引力相互作用。我们想探索这些碰撞和相互作用对恒星群意味着什么，并描述它们的结果"。

这幅插图显示了非常靠近人马座 A* 的恒星的轨道，人马座 A* 是银河系中心的一个超大质量黑洞。图片来源：ESO / L. Calçada / Spaceengine.org

罗斯今天（4月4日）在加利福尼亚州萨克拉门托举行的美国物理学会（APS）四月会议上介绍了这项研究。"银河中心的恒星碰撞"是"粒子天体物理学和银河中心"会议的一部分。罗斯是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的林德海默博士后研究员。她在加州大学洛杉矶分校攻读博士学位时开始这项工作，天体物理学家、前西北大学博士后斯马达尔-诺兹（Smadar Naoz）曾为她提供指导。

银河系的中心是一个奇特而狂野的地方。Sgr A*的引力加速恒星以可怕的速度绕着自己的轨道旋转。挤在银河中心的恒星数量多达一百万颗。密集的星团加上快如闪电的速度，就像一场快速的拆迁运动。在最内层区域--距离黑洞 0.1 皮秒的范围内，几乎没有恒星能毫发无损。

罗斯解释说："距离我们太阳最近的恒星大约在四光年之外。在超大质量黑洞附近的相同距离内，有超过一百万颗恒星。这是一个非常拥挤的邻域。除此之外，超大质量黑洞还具有非常强大的引力，当它们绕着黑洞运行时 恒星可以以每秒数千公里的速度移动。"

在这个狭小而紧张的邻域中，恒星可能会与其他恒星发生碰撞。恒星越靠近超大质量黑洞，碰撞的可能性就越大。出于对这些碰撞结果的好奇，罗斯和她的合作者开发了一种模拟，以追踪银河系中心恒星群的命运。模拟考虑了几个因素：恒星群的密度、恒星的质量、轨道速度、引力以及与 Sgr A* 的距离。

罗斯在研究中发现了一个最有可能决定恒星命运的因素：恒星与超大质量黑洞的距离。在距离黑洞 0.01 皮秒的范围内，恒星以每秒数千公里的速度移动，不断相互碰撞。这种碰撞很少是正面碰撞，更像是"剧烈的击掌"。撞击的力度不足以将恒星完全撞碎。相反，它们会脱落外层，继续沿着碰撞路线加速前进。

罗斯说："它们相互擦过，就像在非常激烈地击掌。这会导致恒星喷射出一些物质，失去外层。根据它们移动的速度和碰撞时的重叠程度，它们可能会失去相当多的外层。这些毁灭性的碰撞导致了一群奇怪的、被剥离的、低质量的恒星"。

在 0.01 皮秒之外，恒星的运动速度更为缓慢--每秒数百公里，而不是数千公里。由于速度较慢，这些恒星会相互碰撞，但又没有足够的能量逃逸。相反，它们会合并变得更加巨大。在某些情况下，它们甚至可能合并多次，变得比我们太阳的质量大 10 倍。

罗斯说："少数恒星通过碰撞和合并，收集了更多的氢。虽然它们是由较老的恒星形成的，但它们却伪装成年轻的恒星。它们就像僵尸恒星，会吃掉自己的邻居。"

但是，年轻的外表是以缩短预期寿命为代价的。大质量恒星有点像巨大的、充满气体的汽车。它们一开始有大量的氢，但它们燃烧的速度非常非常快。

虽然罗斯在研究银河系中心附近奇异的极端区域时发现了简单的快乐，但她的工作也能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揭示隐藏的过程。

罗斯说："这是一个与众不同的环境。在一个非常拥挤的区域中，受到超大质量黑洞影响的恒星，与我们在太阳系附近看到的任何东西都不一样。但是，如果我们能够了解这些恒星群，那么我们也许就能对银河系中心是如何形成的有一些新的认识。至少，它无疑为我们生活的邻域提供了一个对比点。"

罗斯在美国物理学会的发言包括2024年3月《天体物理学杂志通讯》和2023年9月《天体物理学杂志》发表的研究成果。

编译自:ScitechDaily