Nova pesquisa traça o destino das estrelas que vivem perto do buraco negro central da Via Láctea
Esta ilustração mostra as órbitas de estrelas muito próximas de Sagitário A*, um buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea. Crédito:ESO / L. Calçada / Spaceengine.org Apesar das suas idades antigas, algumas estrelas que orbitam o buraco negro supermassivo central da Via Láctea parecem enganosamente jovens. Mas, ao contrário dos humanos, que podem parecer rejuvenescidos após uma nova rodada de injeções de colágeno, essas estrelas parecem jovens por uma razão muito mais sombria.
Eles comeram seus vizinhos.
Esta é apenas uma das descobertas mais peculiares da nova pesquisa da Northwestern University. Usando um novo modelo, os astrofísicos traçaram as viagens violentas de 1.000 estrelas simuladas que orbitam o buraco negro supermassivo central da nossa galáxia, Sagitário A* (Sgr A*).
Tão densamente repleta de estrelas, a região comumente sofre colisões estelares brutais. Ao simular os efeitos destas colisões intensas, o novo trabalho descobre que os sobreviventes da colisão podem perder massa e tornar-se estrelas despojadas e de baixa massa ou podem fundir-se com outras estrelas para se tornarem massivas e com aparência rejuvenescida.
"A região em torno do buraco negro central é densa, com estrelas que se movem a velocidades extremamente elevadas," disse Sanaea C. Rose, da Northwestern, que liderou a investigação.
"É como correr por uma estação de metrô incrivelmente lotada na cidade de Nova York durante a hora do rush. Se você não estiver colidindo com outras pessoas, então você está passando muito perto delas. Para as estrelas, essas quase colisões ainda fazem com que elas interajam gravitacionalmente. Queríamos explorar o que estas colisões e interações significam para a população estelar e caracterizar os seus resultados."
Rose apresenta esta pesquisa na reunião de abril da American Physical Society (APS) em Sacramento, Califórnia. “Colisões Estelares no Centro Galáctico” acontece quinta-feira (4 de abril) como parte da sessão “Astrofísica de Partículas e o Centro Galáctico”.
Rose é Lindheimer Postdoctoral Fellow no Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA) da Northwestern. Ela começou este trabalho como Ph.D. candidato na UCLA.
Destinado a colidir
O centro da nossa Via Láctea é um lugar estranho e selvagem. A atração gravitacional de Sgr A* acelera as estrelas para girarem em torno de suas órbitas a velocidades assustadoras. E o grande número de estrelas acumuladas no centro da galáxia é superior a um milhão. O cluster densamente compactado mais as velocidades extremamente rápidas equivalem a um derby de demolição em alta velocidade. Na região mais interna – a 0,1 parsecs do buraco negro – poucas estrelas escapam ilesas.
“A estrela mais próxima do nosso Sol está a cerca de quatro anos-luz de distância”, explicou Rose. "Na mesma distância perto do buraco negro supermassivo, existem mais de um milhão de estrelas. É uma vizinhança incrivelmente populosa. Além disso, o buraco negro supermassivo tem uma atração gravitacional muito forte. À medida que orbitam o buraco negro, as estrelas podem mover-se a milhares de quilômetros por segundo."
Dentro desta vizinhança estreita e agitada, as estrelas podem colidir com outras estrelas. E quanto mais próximas as estrelas vivem do buraco negro supermassivo, a probabilidade de colisão aumenta. Curiosas com os resultados destas colisões, Rose e os seus colaboradores desenvolveram uma simulação para traçar o destino das populações estelares no centro galáctico. A simulação leva em consideração vários fatores:densidade do aglomerado estelar, massa das estrelas, velocidade da órbita, gravidade e distâncias do Sgr A*.
De 'cumprimentos violentos' a fusões totais
Na sua investigação, Rose identificou um factor que tem maior probabilidade de determinar o destino de uma estrela:a sua distância ao buraco negro supermassivo.
A 0,01 parsecs do buraco negro, as estrelas – movendo-se a velocidades que chegam a milhares de quilómetros por segundo – colidem constantemente umas com as outras. Raramente é uma colisão frontal e é mais como um “toca aqui violento”, como Rose descreve. Os impactos não são fortes o suficiente para destruir completamente as estrelas. Em vez disso, eles perdem suas camadas externas e continuam acelerando ao longo da rota de colisão.
“Eles se batem e continuam”, disse Rose. "Eles apenas se tocam como se estivessem trocando um high five muito violento. Isso faz com que as estrelas ejetem algum material e percam suas camadas externas. Dependendo da velocidade com que se movem e do quanto se sobrepõem quando colidem, elas podem perder um pouco de suas camadas externas. Essas colisões destrutivas resultam em uma população de estrelas estranhas, despojadas e de baixa massa."
Fora de 0,01 parsecs, as estrelas movem-se a um ritmo mais relaxado – centenas de quilómetros por segundo em vez de milhares. Devido às velocidades mais lentas, estas estrelas colidem umas com as outras, mas não têm energia suficiente para escapar. Em vez disso, eles se fundem para se tornarem mais massivos. Em alguns casos, eles podem até se fundir várias vezes para se tornarem 10 vezes mais massivos que o nosso sol.
“Algumas estrelas ganham na loteria da colisão”, disse Rose. "Através de colisões e fusões, estas estrelas recolhem mais hidrogénio. Embora tenham sido formadas a partir de uma população mais velha, disfarçam-se como estrelas rejuvenescidas e de aspecto jovem. São como estrelas zombie; comem as suas vizinhas."
Mas a aparência jovem tem o custo de uma expectativa de vida mais curta.
“Eles morrem muito rapidamente”, disse Rose. "Estrelas massivas são como carros gigantes que consomem muita gasolina. Elas começam com muito hidrogênio, mas o queimam muito, muito rápido."
Ambiente extremo 'diferente de qualquer outro'
Embora Rose sinta muita alegria em estudar a região extrema e bizarra perto do nosso centro galáctico, o seu trabalho também pode revelar informações sobre a história da Via Láctea. E como o aglomerado central é extremamente difícil de observar, as simulações da sua equipe podem iluminar processos que de outra forma estariam ocultos.
“É um ambiente diferente de qualquer outro”, disse Rose. "As estrelas, que estão sob a influência de um buraco negro supermassivo numa região muito populosa, são diferentes de tudo o que alguma vez veremos na nossa vizinhança solar. Mas se pudermos aprender sobre estas populações estelares, então poderemos aprender algo novidade sobre como o centro galáctico foi montado. No mínimo, certamente fornece um ponto de contraste para a vizinhança onde vivemos."
A apresentação de Rose na APS incluirá pesquisas publicadas pelo The Astrophysical Journal Letters em março de 2024 e por The Astrophysical Journal em setembro de 2023.
