Supermasivní záhada: Proč hvězdy, které obíhají v těsné blízkosti naší galaktické černé díry, nemají hvězdné partnery?

V bezprostřední blízkosti centrální černé díry Mléčné dráhy se nachází skupina hvězd známá jako hvězdokupa S. Od černé díry, jejíž hmotnost je zhruba čtyři miliony sluncí, ji dělí přibližně 0,04 parseku neboli 0,13 světelného roku.

Hvězdy typu B v této oblasti jsou překvapivě mladé, v průměru mají jen několik milionů let. Astronomové přitom předpokládají, že tak blízko černé díry by hvězdy vznikat neměly: její intenzivní gravitace by měla oblak plynu roztrhat ještě dříve, než se stihne zhroutit. Vědci tento problém označují jako „paradox mládí“.

Existují dvě hlavní představy o původu mladých hvězd v hvězdokupě S. Podle první vznikly přímo tam, kde je pozorujeme dnes. Asi před 6 miliony let mohl mohutný výtrysk ze supermasivní černé díry stlačit okolní plyn do obálky, která se následně rozpadla a vytvořila hvězdy. Tento scénář se označuje jako fragmentace plynné obálky.

Podle druhé možnosti vznikly hvězdy dál od středu Galaxie a později migrovaly dovnitř. Tento scénář však obtížně vysvětluje jejich vysoké a téměř náhodné excentricity oběžných drah i to, proč by se k černé díře přesouvaly hvězdy typu B, zatímco hvězdy typu O a Wolf-Rayetovy hvězdy nikoli.

Další vysvětlení nabízí takzvaný Hillsův mechanismus. Podle něj mohla černá díra některé dvojhvězdy roztrhat: jednu z hvězd by zachytila, zatímco jejího průvodce by vymrštila pryč vysokou rychlostí. Pro tento scénář však příliš nemluví skutečnost, že rychle se pohybující hvězdy pozorované v okolí galaktického centra jsou výrazně starší než hvězdy v hvězdokupě S. Navíc by po takovém procesu v hvězdokupě zůstalo jen minimum dvojhvězd. Objev systému D9, který dvojhvězdu tvoří, proto tomuto vysvětlení příliš neodpovídá.

Kam zmizeli hvězdní průvodci?

U hmotných hvězd v Galaxii činí podíl dvojhvězd přibližně 69 % (±9 %). V blízkosti supermasivní černé díry Sgr A* ale astronomové v minulosti zaznamenali výrazně menší podíl. Tým vedený Rodrigem P. Silvou z Univerzity v Coimbře proto znovu prověřil situaci v hvězdokupě S a stanovil pozorovaný podíl dvojhvězd na 43 % (±9 %).

Vědci poté vytvořili model 100 000 dvojhvězd a sledovali jejich vývoj po dobu jednoho milionu let. V modelu použili realistické oběžné dráhy odpovídající struktuře hvězdokupy S a vyšli ze standardního podílu dvojhvězd v Mléčné dráze. Na systémy nechali působit gravitaci i slapové síly černé díry a sledovali, zda dvojhvězdy přežijí, splynou, nebo budou zničeny.

Výsledek simulací byl překvapivě blízký skutečným pozorováním. Celkem 62 % dvojhvězd přežilo beze změny, 18 % se spojilo v jedinou hvězdu a 20 % se rozpadlo. Podíl dvojhvězd mezi zbývajícími hvězdami tak vyšel na 38 % (±10 %), což odpovídá výsledkům skutečných pozorování (43 % ±9 %). Modely zároveň ukázaly shodu mezi předpokládaným a pozorovaným podílem dvojhvězd v různých vzdálenostech od černé díry. 

Výsledky tak podporují scénář, podle něhož mladé hvězdy vznikly přímo v oblasti galaktického centra, například fragmentací plynné obálky, a nikoli migrací z větší vzdálenosti. Podle autorů jde o společný mechanismus vzniku v celé této oblasti, přičemž pokles podílu dvojhvězd směrem k Sgr A* je způsoben především tím, že slapové síly tyto dvojhvězdy často roztrhají. 

Budoucí přesnější pozorování, včetně podrobnějších měření pohybů a spekter hvězd, by podle vědců mohla ukázat, kolik dvojhvězd se v této oblasti skutečně nachází a jaká je jejich historie vzniku.