Die meisten Milchstraßensterne - wie unsere eigene Sonne - bewegen sich in millionen Jahre langen, nahezu kreisförmigen Bahnen, die vom supermassiven Schwarzen Loch (SMBH) inmitten der Galaxie nicht gestört werden. Aber in der Milchstraße können zentrale Sterne ungewöhnlich frenetische und sehr exzentrische Bewegungen zeigen. Diejenigen, die dem SMBH am nächsten stehen, verbringen die meiste Zeit in der Nähe des Aphels - weit weg vom Ereignishorizont. Aber der unerbittliche Gravitationsgriff der SMBH zieht sie bald wieder nach innen in Richtung Perihel. Wenn diese Sterne ihren Halt in der Schwerkraft des SMBH verlieren, beschleunigen sie schnell - und entziehen sich aufgrund ihres extrem hohen Drehimpulses nur der vollständigen Auflösung.
Solche „S-Sterne“ wurden erstmals 2002 von zwei unabhängigen Astronomenteams identifiziert (eines unter der Leitung von Reinhard Genzel am Max-Planck-Institut in Garching und das andere von Andrea Ghez an der UCLA). Aufgrund der hohen Konzentrationen von Gas und Staub, der den galaktischen Kern umhüllte, mussten die Teams diese hochmobilen Quellen mithilfe von Infrarotlicht erkennen. Durch Suchen nach Verschiebungen in den Spektren der Sterne und Bestimmen, wie schnell sie sich im Verhältnis zu anderen Objekten bewegten, konnten präzise Umlaufbahnen erhalten werden. In den drei Jahren seit ihrer Entdeckung hat ein S-Stern (S2) eine vollständige Umlaufbahn der SMBH der Milchstraße fast abgeschlossen.
Aber S-Sterne haben etwas ganz Besonderes. Basierend auf aktuellen Modellen der Sternentwicklung sollten diese Sterne sehr alt sein - haben es aber irgendwie geschafft, alle Eigenschaften der Jugend beizubehalten.
Die theoretischen Astronomen Melvyn Davies vom Lund Observatory, Schweden, und Andrew King von der Universität Leicester, Großbritannien, haben eine Antwort: „Unser Bild erklärt gleichzeitig, warum S-Sterne eng gebundene Umlaufbahnen haben und die beobachtete Erschöpfung der roten Riesen im Zentrum der Galaxis. " Die meisten Sterne um uns herum (außerhalb der Milchstraße) haben die Lebenszyklen gut verstanden. Diese Sterne durchlaufen eine „Hauptsequenz“ der Entwicklung - sie entstehen als große Niedertemperaturkörper mit schwelenden zentralen Fusionsöfen und enden als kleine weiße Zwerge, die als sichtbares Licht „Wärme“ ausstrahlen, während sie sich im Zwielicht ihrer himmlischen Karriere ruhig entspannen.
Das Schicksal eines Sterns wird in erster Linie von seiner Masse bestimmt. Supermassive Sterne (bis zu 150 Sonnen) leben sehr schnell und überleben nur fünfzigtausend Jahre. In ihrer Jugend jubeln diese Sterne als strahlend blaue Riesen mit Oberflächentemperaturen von bis zu 30.000 ° C. Mittlerweile leben bescheidenere Sterne wie die Sonne viel länger und leuchten bei niedrigeren Oberflächentemperaturen (5.000 - 10.000 Grad) 5 bis 15 Milliarden Jahre lang gemäßigt C). In allen Sternen liefern Kernöfen die Energie, die zur Erzeugung von sichtbarem Licht benötigt wird. Wenn ein Stern reift, wächst sein Kernofen an Oberfläche und gibt immer mehr Strahlung ab. Ab einem bestimmten Punkt wird der Kernstrahlungsdruck so stark, dass die äußere Atmosphäre des Sterns um ein Vielfaches anschwillt. Diese diffuse gasförmige Hülle bei niedriger Temperatur sagt den Astronomen, dass ein Stern im Alter weit fortgeschritten ist und sich dem Ende seines Lebenszyklus nähert.
Aber es gibt keine solchen „roten Riesen“ unter den S-Stars in der Milchstraße Central.
Alle Sterne werden in Clustern geboren und bilden Assoziationen. Dies sollte S-Sterne in der Nähe des SMBH einschließen. Sternhaufen fallen als Gruppe aus großen Regionen von Nebelstaub und Urgas aus. Obwohl Clustersterne gravitativ miteinander verbunden sind, können Gezeitenkräfte aus dem Zentrum der Galaxie sie über Millionen von Jahren auseinander reißen. Einzelne Sterne in solchen Clustern drehen sich dann nach innen zum Kern der Galaxie. In diesem Fall sollten diese Sterne altern, um „Sterne in Sternen“ zu werden - hoch strahlende blaue Sternkerne, die von stark geschwollenen gasförmigen Rot-Riesen-Hüllen umgeben sind. In ihrer Arbeit „Die Sterne des galaktischen Zentrums“ (veröffentlicht am 21. März 2005) sagen die Autoren weiter: „S-Sterne kreisen in einer Region, in der Gezeitenkräfte des zentralen supermassiven Schwarzen Lochs die Sternentstehung verhindern.“
Nach dem derzeitigen astronomischen Denken sollten sich S-Sterne auch in Clustern bilden, und diese Cluster müssen weit entfernt von Gezeitenkräften in der Nähe des Galaxienkerns entstehen. Es ist natürlich möglich, dass S-Sterne einen anderen Geburtszyklus haben als andere Sterne. Eine Idee, die von Theoretikern untersucht wurde, ist, dass sich Kern-S-Sterne infolge der jüngsten Kollisionen zwischen dichten Molekülwolken in der Nähe der Milchstraße Central bilden. Eine andere Vorstellung ist, dass sie aus der das SMBH selbst umgebenden Akkretionsscheibe herausgeschleudert werden können. Um ihre Leuchtkraft und hohen Temperaturen (30K ° C) zu berücksichtigen, müssen S-Sterne Zwischenmassen (~ 10 Sonnen) haben und relativ kurze Lebenszyklen (~ 10 Myrs) leben. Aufgrund dieser Einschränkungen müssen alle Kern-S-Sterne relativ jung sein und sich ständig neue bilden.
„Ein plausibles alternatives Bild ist, dass S-Sterne durch das Absinken massereicher Sternhaufen in Richtung des Schwarzen Lochs durch dynamische Reibung entstehen. Gezeiten stören solche Cluster jedoch in Entfernungen, die viel weiter entfernt sind als die Region der beobachteten S-Sterne. Um die S-Sterne zu versorgen, muss durch Gravitationswechselwirkungen mit anderen Sternen in nahezu radiale Bahnen gestreut werden. Dieser Prozess findet jedoch auf einer Zeitskala statt, die die Hauptsequenzlebensdauer solcher Sterne bei den beobachteten Temperaturen erheblich überschreiten würde. “ schreibt das Paar.
Tatsächlich müssen Kern-S-Sterne entweder sehr jung sein und durch einen unbekannten Mechanismus in die Region des SMBH geliefert werden, oder sie müssen viel älter als gedacht und durch Interaktion mit dem Schwarzen Loch und seiner unmittelbaren Umgebung irgendwie „jugendlich“ gemacht werden. Könnte es im Zentrum der Milchstraßengalaxie einen „Jungbrunnen“ geben?
"Das Entfernen von Sternen löst das Geburtsproblem", sagen die Autoren. "... die einzigen Sterne, die möglicherweise als rote Riesen des Galaktischen Zentrums identifiziert werden können, verlieren ihre Umschläge und verwandeln sich stattdessen in S-Sterne." Kern-S-Sterne haben einen Prozess der Geburt und Reifung von Clustern durchlaufen, ähnlich wie unsere Sonne. Da sie möglicherweise weniger massiv sind als gedacht (~ 1-4 Sonnenmassen), hatten sie mehr Zeit, sich dem Kern zu nähern.
Diese alternden roten Riesen werden durch Gravitationsstreuung von massereicheren Sternen nach innen getrieben und erhalten ein kosmisches „Facelifting“ - während die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs ihre äußeren Abdeckungen abstreifen, um sich anderen Gasen anzuschließen, die das SMBH selbst befeuern. Aufgrund der mehr als einmal angenommenen Langlebigkeit hatten diese Sterne mit geringerer Masse ausreichend Zeit, um aus weiter entfernten Clustern zum galaktischen Kern zu gelangen. Die Tatsache, dass sie ihre Leichentücher verloren haben, erklärt ihre relative Brillanz, ihre hohen Temperaturen und ihre offensichtliche Jugend.
Hat unsere eigene Sonne eine solche Zukunft vor sich?
Melvyn Davies: "Nein, die Sonne wird nicht das gleiche Schicksal erleiden. Wir sind zu weit vom galaktischen Zentrum entfernt. Wir sind ungefähr 30000 Lichtjahre vom Schwarzen Loch entfernt; Die Sterne, die sich zerstreuen, sind viel näher gekommen, sicherlich nicht weiter als etwa 3000 Lichtjahre. “ Professor Andrew King fügt hinzu: „Die Sonne hat keinen engen Begleiter, der ihre normale Entwicklung stören könnte. So wird es schließlich zu einem roten Riesen und entwickelt sich zu einem gewöhnlichen weißen Zwerg. “
Nun, es scheint, dass es für Sol doch keinen Jungbrunnen im Zentrum der Galaxie gibt.
Geschrieben von Jeff Barbour
