Młode gwiazdy w otoczeniu czarnej dziury. Skąd one się tam wzięły?

W centrum naszej galaktyki znajduje się jeden kompaktowy obiekt, którego masa jest ponad cztery miliony razy większa od masy Słońca. To wokół tego obiektu, tzw. supermasywnej czarnej dziury tak naprawdę krążą wszystkie gwiazdy w naszej galaktyce. Bezpośrednio w otoczeniu czarnej dziury naukowcy odkryli liczne gwiazdy oraz obłoki gazowe. Oddziaływania pływowe, grawitacyjne i elektromagnetyczne obecne w tym miejscu jednak wskazywały od dawna, że akurat w otoczeniu czarnej dziury nowe gwiazdy nie mogłyby powstawać, bowiem wszelkie obłoki zapadające się pod wpływem własnej grawitacji szybko uległyby rozerwaniu, zapobiegając powstawaniu gwiazd. Jest tylko jeden problem.
Młode gwiazdy w otoczeniu czarnej dziury. Skąd one się tam wzięły?

Założenie było takie, że wszelkie gwiazdy obserwowane w otoczeniu supermasywnej czarnej dziury powstały w znacznie większej odległości od tego obiektu, a w toku swojego życia migrowały do swojego obecnego położenia. Problem jednak w tym, że część z obserwowanych gwiazd wydaje się na tyle młoda, że nie miałaby nawet czasu, aby w trakcie swojego życia powstać odpowiednio daleko, a następnie przemieścić się w otoczenie supermasywnej czarnej dziury.

Zespół naukowców z Uniwersytetu w Kolonii zidentyfikował obszar znajdujący się zaledwie kilka lat świetlnych od czarnej dziury, w którym teoretycznie mogą zachodzić procesy gwiazdotwórcze. Jest to pierścień gazu i pyłu, który jest zarazem wystarczająco do tego chłodny oraz chroniony przed niszczącym promieniowaniem. W przypadku supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej mamy do czynienia z dyskiem akrecyjnym składającym się z gazu i pyłu, który po spirali opada na czarną dziurę. Dysk ten rozciąga się w przedziale od 5 do 30 lat świetlnych od horyzontu zdarzeń.

Jednym z takich zagadkowych obiektów jest obiekt skatalogowany pod numerem X3a. Badacze z Uniwersytetu Kolonii wskazują, że obiekt ten mógł właśnie powstać przy zewnętrznej krawędzi dysku akrecyjnego otaczającego SgrA*. Teoretycznie bowiem to tam mogły uformować się obłoki gazowe o masie wystarczającej do tego, aby zapadły się pod wpływem własnej grawitacji i utworzyły protogwiazdy.

Centrum Drogi Mlecznej znajduje się tutaj dokładnie w centrum kadru. Źródło: Florian Peißker

Naukowcy wskazują, że w tak ekstremalnych warunkach mogą występować także unikalne procesy gwiazdotwórcze nieobserwowane w innych miejscach galaktyki. Jednym z takich procesów może być powstawanie gwiazd wskutek – o ironio! – grawitacyjnego rozszarpania gwiazdy, która za bardzo zbliżyła się do czarnej dziury. Takie zdarzenia (TDE, ang. tidal disruption events) mogą bowiem wprowadzać czasowe niestabilności grawitacyjne do dysku akrecyjnego, które z kolei mogą prowadzić do powstawania lokalnych zagęszczeń gazu i pyłu, które mogą uruchomić proces kolapsu fragmentów dysku w protogwiazdę.

Tak naprawdę, wszystko jednak zależy od wieku i etapu ewolucji samej czarnej dziury. Naukowcy przypuszczają, że gdy czarna dziura jest młoda i aktywna, to otoczona jest znacznie większym dyskiem akrecyjnym. Taki dysk może być wprost idealnym miejscem do powstawania gwiazd. W przypadku czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, mamy już do czynienia z dojrzałą czarną dziurą. Materia wokół niej się uspokoiła, dysk akrecyjny się zmniejszył, a tym samym proces powstawania w nim nowych gwiazd stracił na impecie. Nie zmienia to faktu, że wciąż mogą w nim powstawać nowe gwiazdy, dla których bliskość czarnej dziury będzie czymś naturalnym.