Новые звезды могут появляться даже там, где, казалось бы, ничего появиться не может — в окрестностях всепоглощающих черных дыр. К такому выводу приводят опыты по компьютерному моделированию — и он может объяснить необычное изобилие молодых и крупных звезд близ центра нашей собственной галактики.
Фабрика звезд: Черная колыбель галактики
Компьютерная симуляция газового облака массой 100 тыс. солнечных, закручивающегося в спираль вокруг сверхмассивной черной дыры. Часть газа стягивается в аккреционный диск; яркие точки отмечают регионы, где вполне может идти звездообразование

В принципе, считается, что условия в непосредственных окрестностях крупных черных дыр слишком «жестки» для того, чтобы в них шел процесс формирования звезд. Мощнейшие гравитационные силы дыры не позволяют облакам газа стянуться в достаточно плотные образования. Однако недавно ученые под руководством Яна Боннелла (Ian Bonnell) провели компьютерное моделирование газового облака в этих условиях — и показали, что оно вполне может «выжить» даже здесь. Более того, воздействие черной дыры способно стимулировать образование из него более плотного и стабильного аккреционного диска — первого шага на пути к появлению новых звезд. Упрощенно говоря, процесс идет так: газовое облако в окрестностях черной дыры, притянутое ее притяжением, начинает сжиматься и двигаться все ближе к ней. Формируется более плотный аккреционный диск падающей в дыру материи. В этом-то диске и начинают появляться звезды.

Впрочем, затем процесс звездообразования в подобных условиях тормозится. «Черная дыра сплющивает облако и сильно раскаляет его — но в то же время чересчур растягивает его в других направлениях», — поясняет Ян Боннелл. Однако в итоге газовые «узелки», формирующиеся внутри образовавшегося диска все равно притягивают достаточно окружающего газа, чтобы формирование звезды началось.

Если проведенная учеными компьютерная симуляция правильна, и черная дыра может стимулировать формирование звезды из газового облака, то это может объяснить существование множества молодых и крупных звезд неподалеку от центра нашей галактики, где, как известно, царствует сверхмассивная черная дыра (около 3,6 млн солнечных масс).

Часть из этих звезд вращается с совершено дикой скоростью и успевают сделать оборот вокруг черной дыры в центре всего за каких-то 10 земных лет. По мнению астрономов, эти звезды некогда были участниками двойных звездных систем. Пролетая в опасной близости от черной дыры, такие пары терпели настоящую катастрофу: одна из звезд поглощалась дырой, в то время как другая в результате сложных гравитационных взаимодействий выбрасывалась прочь на большой скорости.

Но есть в окрестностях черной дыры и другая популяция звезд, происхождение которых здесь объяснить намного труднее. Эти молодые звезды движутся внутри аккреционного газового диска, окружающего дыру. По одной из версий, они были «вытянуты» притяжением из некогда существовавшего звездного скопления, к своему несчастью, оказавшегося близ черной дыры. Однако в этом случае мы наблюдали бы останки «развалившегося» скопления и «хвосты» из еще не поглощенных окончательно звезд — а подобного не наблюдается.

Эксперимент же, поставленный Боннеллом с коллегами, предлагает иную версию происхождения этих звезд. По их мнению, аккреционный диск не является останками некоего скопления, а образовался уже в окрестностях черной дыры из бесформенного газового облака. Симулировав на компьютере поведение облака массой 100 тыс. солнц, находящегося на расстоянии 10 световых лет от черной дыры. Моделирование показало, что спустя 20 тыс. лет под воздействием гравитационных сил основная часть газа будет выброшена прочь. Зато оставшиеся примерно 10% соберутся в овальный аккреционный диск, где начинают зарождаться звезды — с такими же вытянутыми орбитами, как и те, что наблюдаются на практике, у звезд близ активного центра Млечного Пути.

Симуляция совпала в реальными наблюдениями и в том, что касается большой массы образовавшихся звезд. Для остальной части Вселенной подобное собрание тяжеловесов нехарактерно и встречается лишь у центра галактики. «Это единственные места в нашей галактике и вообще во Вселенной, — говорит Боннелл, — где распределение звезд по массе столь необычно. И это распределение нам удалось воспроизвести при моделировании».

Впрочем, насколько в действительности вероятно появление близ черной дыры газового облака с такими идеальными параметрами, как у Боннелла, еще большой вопрос. И теперь ученые намерены заняться им вплотную.

Исследование это действительно необычно — тем более, что целый ряд наблюдений говорят о том, что в центрах галактик, все же, чересчур «жарко» для появления молодых звезд. Читайте: «Раскаленная стерильность».

По публикации New Scientist Space