Przez dwie dekady naukowcy obserwowali wydłużony obiekt o nazwie X7 w pobliżu supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej i zastanawiali się, co to jest. Czy został ściągnięty z pobliskiej większej budowli? Czy jego niezwykła forma była wynikiem wiatrów gwiazdowych, czy też została ukształtowana przez dżety cząstek z czarnej dziury?
Teraz, po zbadaniu ewolucji X7 przy użyciu 20-letnich danych zebranych przez Galactic Centre Orbit Initiative, astronomowie z UCLA Galactic Center Group i Keck Observatory sugerują, że może to być chmura pyłu i gazu, która została wyrzucona podczas zderzenia dwie gwiazdki.
Z biegiem czasu, jak donoszą, X7 rozciągnęła się i jest rozrywana, gdy czarna dziura przyciąga ją bliżej, wywierając siłę pływową na chmurę. Oczekują, że w ciągu następnych kilku dekad X7 rozpadnie się, a gaz i pył, z których się składa, zostaną ostatecznie przyciągnięte w kierunku czarnej dziury, która nazywa się Sagittarius A* lub Sgr A*.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie The Astrophysical Journal.
„Żaden inny obiekt w tym regionie nie wykazał tak ekstremalnej ewolucji” – powiedziała Anna Ciurlo, asystentka naukowa UCLA i główna autorka artykułu. „Na początku miał kształt komety i ludzie myśleli, że może uzyskał ten kształt od wiatrów gwiazdowych lub dżetów cząstek z czarnej dziury. Ale gdy obserwowaliśmy go przez 20 lat, zauważyliśmy, że staje się coraz bardziej wydłużony. Coś musiało umieścić tę chmurę na jej określonej ścieżce z jej szczególną orientacją”.
X7 ma masę około 50 mas Ziemi i znajduje się na ścieżce orbitalnej wokół Sgr A*, której ukończenie zajęłoby 170 lat.
Ale to może się nigdy nie wydarzyć. W oparciu o swoją trajektorię zespół szacuje, że X7 zbliży się do Sgr A* najbliżej roku 2036, a następnie prawdopodobnie po spirali w kierunku Sgr A* i zniknie.
„Przewidujemy, że silne siły pływowe wywierane przez galaktyczną czarną dziurę ostatecznie rozerwą X7, zanim zakończy ona choćby jedną orbitę” – powiedział współautor Mark Morris, profesor fizyki i astronomii z UCLA.
Siły pływowe to przyciąganie grawitacyjne, które powoduje rozciąganie się obiektu zbliżającego się do czarnej dziury; strona obiektu znajdująca się najbliżej czarnej dziury jest przyciągana znacznie silniej niż przeciwny koniec.
X7 wykazuje niektóre z tych samych właściwości, co inne dziwne obiekty pyłowe krążące wokół Sgr A*. Te tak zwane obiekty G wyglądają jak gaz, ale zachowują się jak gwiazdy. Ale kształt i prędkość X7 zmieniły się bardziej dramatycznie niż obiekty G. Przyspieszając w kierunku czarnej dziury, X7 porusza się szybko, osiągając prędkość do około 700 mil na sekundę.
„To ekscytujące widzieć znaczące zmiany kształtu i dynamiki X7 w tak dużych szczegółach w stosunkowo krótkim czasie, kiedy siły grawitacyjne supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej wpływają na ten obiekt” – Randy Campbell, współautor artykułu i operacji naukowych prowadzonych w Obserwatorium Keck, powiedział w oświadczeniu.
Chociaż pochodzenie X7 jest nadal przedmiotem dyskusji, odkrycie sugeruje, że powstało po zderzeniu dwóch gwiazd.
„Jedną z możliwości jest to, że gaz i pył X7 zostały wyrzucone w momencie, gdy dwie gwiazdy się połączyły” – powiedział Ciurlo. „W tym procesie połączona gwiazda jest ukryta wewnątrz powłoki pyłu i gazu, co może pasować do opisu obiektów G. A wyrzucony gaz być może wytworzył obiekty podobne do X7”.
Połączenie dwóch gwiazd jest bardzo powszechne, zwłaszcza gdy znajdują się one w pobliżu czarnych dziur, powiedział Ciurlo.
„To bardzo chaotyczny proces: gwiazdy krążą wokół siebie, zbliżają się, łączą, a nowa gwiazda jest ukryta w chmurze pyłu i gazu” – powiedziała. „X7 może być pyłem i gazem wyrzuconym z połączonej gwiazdy, która wciąż gdzieś tam jest”.
Odkrycia są pierwszym oszacowaniem lekko eliptycznej orbity X7 i najbardziej solidną jak dotąd analizą niezwykłych zmian w jego wyglądzie, kształcie i zachowaniu. Zespół badawczy będzie nadal korzystał z Obserwatorium Kecka do monitorowania dramatycznych zmian X7, gdy siła grawitacji czarnej dziury rozrywa ją na strzępy.
„To przywilej móc badać ekstremalne środowisko w centrum naszej galaktyki” – powiedział Campbell w oświadczeniu. „To badanie można przeprowadzić tylko przy użyciu doskonałych możliwości Kecka i przeprowadzić na bardzo szczególnym i szanowanym Maunakea, z honorem i szacunkiem dla mauny”.