Splývající hvězdné páry mohou obíhat centrální černou díru v Mléčné dráze

Astronomové se již dlouho snaží vysvětlit původ mladých, hmotných hvězd, které obíhají kolem galaktického centra – tzv. hvězd S-hvězdokupy neboli S hvězd. Astronomové použili tyto hvězdy (mezi které patří i S2 s oběžnou dobou pouhých 16 let) k zvážení Sagittaria A*, černé díry o hmotnosti 4,3 milionu slunečních hmotností v srdci Mléčné dráhy. Samotná existence těchto hvězd je však záhadou: v takové blízkosti černé díry by extrémní gravitační pole mělo ztěžovat kolaps plynových mračen do tak hmotných hvězd.

„Alespoň některé S hvězdy jsou pravděpodobně pozůstatkami splynutí dvojhvězd,“ říká Michal Zajaček (Masarykova univerzita, Česká republika), který představil výsledky na 22. zasedání Divize vysoko-energetické astrofyziky Americké astronomické společnosti v St. Louis. Jeho tým tuto dříve navrhovanou možnost rozvinul v nových počítačových simulacích, které zahrnují příspěvek mladého excentrického disku, který původně obklopoval galaktické centrum ve vzdálenosti až několika světelných let.

Prachové objekty v centru Galaxie

Myšlenku splývání dvojhvězd podporuje objev, o kterém loni informoval časopis Nature, a sice dosud nesloučená dvojhvězda poblíž Sagittaria A* obklopená prachem nazvaná D9. Tým vyvodil dvojhvězdnou povahu skrytého hvězdného systému ze spektroskopických měření provedených evropským teleskopem Very Large Telescope v Chile. „Ve vzdálenosti pouhých 0,1 světelného roku od centra galaxie by to byla nejbližší dvojhvězda, jaká byla kdy nalezena v blízkosti supermasivní černé díry,“ říká Zajaček, který byl členem týmu, který tento objev učinil.

Tyto hvězdy, které nyní obíhají kolem sebe přibližně jednou za rok, se pravděpodobně spojí během asi jednoho milionu let. Jejich splynutí urychluje blízkost černé díry. Její gravitace pomalu prodlužuje oběžnou dráhu dvojhvězdy prostřednictvím rezonančního efektu známého jako excentrický Kozai-Lidovův mechanismus. Okolní prachový oblak mohl být vyvržen během periodických blízkých setkání obou hvězd, ačkoli byla navržena i jiná vysvětlení.

Od roku 2012 astronomové objevili asi tucet podobných objektů zahalených prachem (prachové objekty S-hvězdokupy neboli DSO, Dusty S-cluster Objects). V tom roce vedl Stefan Gillessen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Německo) tým, který objevil první z nich, nazvaný G2. Když se G2 v roce 2014 nebezpečně přiblížil k Sagittarius A*, slapové síly černé díry tento konkrétní prachový mrak protáhly. Zůstal však neporušený, což již naznačovalo přítomnost kompaktnějšího objektu v jeho jádru.

Gillessen říká, že objev dvojhvězdy v prachovém objektu D9 byl „překvapivý do té míry, že zůstávám skeptický ohledně výsledků pozorování“. Pokud by se však potvrdily, mohlo by to naznačovat, že všechny DSO obsahují hmotné hvězdy. A protože dvojhvězda D9 se nakonec spojí, ostatní DSO – které nevykazují spektroskopické důkazy o dvojhvězdách uvnitř – mohou velmi pravděpodobně představovat pozůstatky předešlých sloučení. V budoucnu, až se prach rozptýlí, by tyto pozůstatky sloučení dvojhvězd mohly být viditelné jako nové S hvězdy.

Baby boom v jádru Galaxie

Tento hypotetický scénář nyní získal další oporu díky počítačovým simulacím provedeným týmem vedeným Zajačkovým kolegou Myankem Singhalem (Karlova univerzita, Praha), které byly poslány k publikování do časopisu Nature Communications. Podle dosud nepublikovaných simulací tohoto týmu se původní dvojhvězdy vytvořily před asi pěti miliony let během intenzivní tvorby hvězd v centrální oblasti Mléčné dráhy. Tato vlna hvězdotvorby vedla ke vzniku excentrického hvězdného disku kolem centra galaxie.

Podle simulací se nejhmotnější dvojhvězdy zrozené během tohoto hvězdného boomu přiblížily k centrální černé díře v důsledku gravitačních interakcích s jinými hvězdami a samotným Sagittarius A*. Mezitím se složky dvojhvězdy také spirálovitě přibližovaly k sobě a spojily se, přičemž se během tohoto procesu dočasně zahalily do oblaků plynu a prachu.

Dřívější simulace jiných astronomů již ukázaly, jak by se dvojhvězdy mohly spojit v centru Mléčné dráhy. „[Ale] nový aspekt, který mi připadá vzrušující, se zdá být zahrnutí hvězdného disku a gravitačních interakcí se sousedními hvězdami v disku,“ říká Smadar Naoz (University of California, Los Angeles). Podle Naoz „má přístup autorů velký potenciál, ale je ještě třeba na něm zapracovat.“ Zejména poznamenává, že simulace nezahrnují účinky obecné relativity, které mohou potlačit Kozai-Lidovův mechanismus.

Zajaček mezitím považuje nové simulace za přesvědčivé. „Nyní představujeme komplexní hypotézu, která jasně vysvětluje, co se děje v blízkosti centrální černé díry,“ říká. „Všechno do sebe hezky zapadá.“

Autor překladu: Michal Zajaček