De meeste sterren van de Melkweg - zoals onze eigen zon - bewegen zich in miljoenen jaren lange, bijna cirkelvormige banen, onverstoord door het super-massieve zwarte gat (SMBH) in het midden van de melkweg. Maar op Melkweg Centraal kunnen sterren ongewoon hectische en zeer excentrieke bewegingen vertonen. Degenen die het dichtst bij de SMBH staan, brengen het grootste deel van hun tijd door in de buurt van aphelion - ver weg van de horizon van het evenement. Maar de meedogenloze zwaartekracht van de SMBH trekt ze al snel weer naar binnen in de richting van het perihelium. Aangezien deze sterren hun houvast verliezen in de zwaartekracht van de SMBH, versnellen ze snel - en ontsnappen ze aan de totale ontbinding vanwege hun extreem hoge orbitale impulsmoment.
Dergelijke 'S-sterren' werden in 2002 voor het eerst geïdentificeerd door twee onafhankelijke teams van astronomen (één onder leiding van Reinhard Genzel van het Max Planck Institute in Garching, Duitsland en de andere door Andrea Ghez van de UCLA). Vanwege de hoge gasconcentraties en stof dat de galactische kern omhult, moesten de teams deze zeer mobiele bronnen detecteren met behulp van infrarood licht. Door te zoeken naar verschuivingen in de spectra van de sterren en te bepalen hoe snel ze bewogen ten opzichte van andere objecten, konden precieze banen worden verkregen. In de drie jaar sinds hun ontdekking heeft één S-ster (S2) bijna een volledige baan om de Melkweg SMBH afgemaakt.
Maar er is iets heel eigenaardigs aan S-sterren. Gebaseerd op de huidige modellen van stellaire evolutie, zouden deze sterren heel oud moeten zijn - maar op de een of andere manier erin geslaagd zijn alle kenmerken van de jeugd te behouden.
Theoretische astronomen Melvyn Davies van Lund Observatory, Zweden en Andrew King van de Universiteit van Leicester, Verenigd Koninkrijk hebben een antwoord: “Ons beeld verklaart tegelijkertijd waarom S-sterren strak gebonden banen hebben en de waargenomen uitputting van rode reuzen in het centrum van de Melkweg. ' De meeste sterren om ons heen (buiten de Melkweg Centraal) hebben goed begrepen levenscycli. Deze sterren doorlopen een 'hoofdreeks' van ontwikkeling - afkomstig van grote, lage temperatuur lichamen met smeulende centrale smeltovens en eindigend als kleine witte dwergen die 'warmte' uitstralen als zichtbaar licht terwijl ze rustig chillen in de schemering van hun hemelse carrière.
Het lot van een ster wordt voornamelijk bepaald door de massa. Supermassieve sterren (zo groot als 150 zonnen) leven zeer snel en overleven slechts vijftigduizend jaar. Tijdens hun jeugd jubelen deze sterren als schitterende blauwe reuzen met oppervlaktetemperaturen tot 30.000 graden C. Ondertussen leven meer bescheiden sterren zoals de zon veel langer en gloeien gematigd gedurende 5 tot 15 miljard jaar bij lagere oppervlaktetemperaturen (5.000 - 10.000 graden) C). Binnen alle sterren leveren nucleaire ovens de energie die nodig is om zichtbaar licht te creëren. Naarmate een ster volwassen wordt, groeit zijn nucleaire oven in oppervlakte en geeft hij steeds meer straling af. Op een bepaald punt wordt de stralingsdruk van de kern zo intens dat de buitenatmosfeer van de ster vele malen opzwelt. Deze diffuse gasomhulling bij lage temperatuur vertelt astronomen dat een ster vergevorderd is in leeftijd en het einde van zijn levenscyclus nadert.
Maar zulke "rode reuzen" zijn er niet onder de S-sterren op de Melkweg Centraal.
Alle sterren zijn geboren in clusters en vormen associaties. Dit moet S-sterren in de buurt van de SMBH omvatten. Sterclusters slaan als een groep neer uit grote gebieden met nevelstof en oergas. Hoewel clustersterren zwaartekracht met elkaar verbonden zijn, kunnen getijdekrachten vanuit het centrum van de melkweg ze gedurende miljoenen jaren uit elkaar scheuren. Individuele sterren binnen dergelijke clusters draaien dan naar binnen in de richting van de kern van de melkweg. Als dit gebeurt, zouden deze sterren ouder moeten worden om "sterren binnen sterren" te worden - zeer stralende blauwe stellaire kernen gehuld in enorm gezwollen gasvormige rood-gigantische enveloppen. In hun paper "The Stars of the Galactic Centre" (gepubliceerd op 21 maart 2005) zeggen de auteurs: "S-sterren draaien in een gebied waar getijdekrachten van het centrale super-massieve zwarte gat stervorming voorkomen."
Volgens het huidige astronomische denken zouden S-sterren zich ook in clusters moeten vormen, en deze clusters moeten ver van getijdekrachten nabij de melkwegkern vandaan komen. Het is natuurlijk mogelijk dat S-sterren een andere geboortecyclus hebben dan andere sterren. Een idee dat door theoretici werd onderzocht, is dat kern-S-sterren ontstaan als gevolg van recente botsingen tussen dichte moleculaire wolken nabij de Melkweg Centraal. Een ander idee is dat ze uit de accretieschijf rond de SMBH zelf kunnen worden gesponnen. Om rekening te houden met hun helderheid en hoge temperaturen (30 K graden C), moeten S-sterren een tussenmassa hebben (~ 10 zonne-energie) en relatief korte levenscycli (~ 10 Myrs). Vanwege deze beperkingen moeten de kern-S-sterren allemaal relatief jong zijn en moeten er voortdurend nieuwe worden gevormd.
“Een plausibel alternatief beeld is dat S-sterren het gevolg zijn van het zinken van enorme sterrenhopen naar het zwarte gat door dynamische wrijving. Getijden verstoren dergelijke clusters echter op afstanden veel verder weg dan het gebied van de waargenomen S-sterren. Voor het leveren van de S-sterren is verstrooiing in bijna radiale banen vereist door zwaartekrachtinteracties met andere sterren. Dit proces vindt echter plaats op een tijdschaal die de levensduur van dergelijke sterren van de waargenomen temperaturen aanzienlijk zou overschrijden. ” schrijft het paar.
In feite moeten kern-S-sterren ofwel zeer jeugdig zijn en door een onbekend mechanisme in de regio van de SMBH worden afgeleverd, of ze moeten veel ouder zijn dan gedacht en op de een of andere manier 'jeugdig' worden gemaakt door interactie met het zwarte gat en zijn directe omgeving. Zou er in het centrum van de Melkweg een 'fontein van stellaire jeugd' kunnen zijn?
"Strippen van sterren lost het geboorteprobleem op.", Aldus de auteurs. "... de enige sterren die potentieel identificeerbaar zijn als rode reuzen van het Galactisch Centrum, verliezen hun envelop en worden in plaats daarvan S-sterren." Kern-S-sterren hebben een proces van clustergeboorte en rijping ondergaan, vergelijkbaar met onze zon. Omdat ze misschien minder zwaar zijn dan ooit werd gedacht (~ 1-4 zonsmassa's), hebben ze meer tijd gehad om naar de kern toe te gaan.
Deze verouderende rode reuzen worden naar binnen gedreven door zwaartekrachtverstrooiing van meer massieve sterren en krijgen een kosmische 'facelift' - terwijl getijdenkrachten in het zwarte gat hun buitenste omhulsels wegtrekken om zich te voegen bij andere gassen die de SMBH zelf voeden. Vanwege een langere levensduur dan ooit werd gedacht, hebben deze sterren met een lagere massa ruim de tijd gehad om vanuit verder weg gelegen clusters in de galactische kern te komen. Het feit dat ze hun lijkwaden zijn kwijtgeraakt, verklaart hun relatieve schittering, hoge temperaturen en schijnbare jeugd.
Heeft onze eigen zon zo'n toekomst ervoor?
Volgens Melvyn Davies: "Nee, de zon zal niet hetzelfde lot ondergaan. We zijn te ver van het galactische centrum. We zijn ongeveer 30000 lichtjaar verwijderd van het zwarte gat; de sterren die verstrooid worden, zijn van veel dichterbij gekomen, zeker niet verder dan ongeveer 3000 lichtjaar. ” Professor Andrew King voegt eraan toe: “De zon heeft geen naaste metgezel die de normale evolutie ervan zou kunnen verstoren. Dus het zal uiteindelijk een rode reus worden en uitgroeien tot een alledaagse witte dwerg. ”
Welnu, het lijkt erop dat er voor Sol toch geen fontein van jeugd in het centrum van de melkweg is.
Geschreven door Jeff Barbour
