Ewolucja gwiazd w dyskach AGN

Aktywne jądra galaktyk są dokładnie tym, czym się wydają – centralnymi regionami galaktyk, które emitują ogromne ilości energii. Zazwyczaj składają się one z supermasywnej czarnej dziury otoczonej gorącym dyskiem materii akreowanej na czarną dziurę. Nie jest to raczej najbardziej gościnne środowisko, ale gwiazdy wciąż mogą żyć w takim otoczeniu!

Centaur A, galaktyka z aktywnym jądrem wyrzucającym szybko poruszające się dżety w swoje otoczenie. Źródło: ESO/WFI (Optyczne); MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss i inni (Submilimetrowe); NASA/CXC/CfA/R. Kraft i inni (Promieniowanie rentgenowskie)

Aktywnie wrogie środowiska
Trudno przewidzieć to, jak energetyczne są aktywne jądra galaktyk (AGN). Niektóre z nich mogą przyćmić resztę galaktyki macierzystej na prawie wszystkich długościach fal! Widma materii w pobliżu centralnej czarnej dziury wykazały, że środowiska AGN zawierają większe ilości ciężkich pierwiastków niż środowisko naszego Słońca. Jest więc możliwe, że te cięższe pierwiastki zostały wytworzone w dysku akrecyjnym, a następnie przyciągnięte bliżej czarnej dziury.

Ale co wytwarza ciężkie pierwiastki? Gwiazdy! Gwiazdy można znaleźć w pobliżu centralnych supermasywnych czarnych dziur w galaktykach, takich jak Sagittarius A* w Drodze Mlecznej, ale AGN mają o wiele bardziej ekstremalne środowiska niż nasza spokojna centralna czarna dziura. Jakiego rodzaju gwiazdy żyją w środowiskach AGN? Najnowsze badania prowadzone przez Matteo Cantiello (Flatiron Institute/ Princeton University) pozwalają odpowiedzieć na to pytanie.

Co produkują masywne gwiazdy
Cantiello i jego współpracownicy byli szczególnie zainteresowani tym, jak ewolucja gwiazd w środowiskach AGN różni się od ewolucji gwiazd w spokojniejszych środowiskach. Aby znaleźć się w tym miejscu, gwiazdy AGN muszą albo uformować się w dyskach akrecyjnych, albo zostać przechwycone i wciągnięte do dysków. Obydwa modele są wykonalne i potwierdzone przez obserwacje populacji gwiazd wokół centralnych czarnych dziur, które były wcześniej aktywne, jak Sagittarius A*.

Będąc już na dysku, gwiazdy mogą szybko akreować materię i stać się setki razy masywniejsze od Słońca. Masywne gwiazdy doświadczają więcej wewnętrznego mieszania niż gwiazdy mniej masywne, więc zawartość masywnej gwiazdy jest równomiernie rozłożona w jej wnętrzu. Różni się to znacznie od gwiazd takich jak nasze Słońce, gdzie zewnętrzne warstwy gwiazdy zawierają lżejsze pierwiastki, takie jak wodór i hel, podczas gdy wewnętrzne warstwy są zdominowane przez ciężkie pierwiastki.

Jednak masywne gwiazdy są niestabilne i mogą szybko tracić masę, balansując między ekspansją a zapadaniem się. Ich ogromna masa oznacza również, że zakończą swoje życie poprzez zapadnięcie się jądra – tworząc coraz cięższe pierwiastki w procesie fuzji, aż do momentu, gdy zabraknie im materiału do fuzji i zapadną się same w siebie. Wniosek jest taki, że gwiazdy AGN są dobre w produkcji ciężkich pierwiastków i wysyłaniu ich do dysku akrecyjnego.

Znaki gwiezdnego życia i śmierci
Cantiello i jego współpracownicy zidentyfikowali dwie sygnatury gwiazd AGN: o dużej obfitości ciężkich pierwiastków i zwarte pozostałości gwiazdowe pozostawione po zapadnięciu się jądra. Istnieją badania wskazujące na pierwszą sygnaturę, a co ciekawe, obfitość ciężkich pierwiastków nie wydaje się zależeć od przesunięcia ku czerwieni.

Druga sygnatura jest znacznie trudniejsza do odkrycia. Przed powstaniem obserwatoriów fal grawitacyjnych, najlepiej byłoby szukać eksplozji związanych z zapadaniem się jądra w dysku akrecyjnym AGN. Teraz możemy szukać również sygnału fal grawitacyjnych powstałych w wyniku złączenia się gęstych obiektów, przewidując, jak często takie połączenia mogą mieć miejsce.

Sagittarius A* jest dobrym poligonem doświadczalnym dla wyników tych badań, ponieważ jądro naszej galaktyki może być zbliżone do pozostałości po AGN. Mając w ręku prognozy, teraz przyszedł czas na obserwacje.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Betelgeza jest mniejsza i bliższa niż początkowo sądzono

Odkryto drugą płaszczyznę Układu Słonecznego

Odkryto nową „skamieniałą galaktykę” zakopaną głęboko w Drodze Mlecznej