A pesar de su antigüedad, algunas estrellas que orbitan alrededor del agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea parecen engañosamente jóvenes. Pero a diferencia de los humanos, que podrían parecer rejuvenecidos gracias a una nueva ronda de inyecciones de colágeno, estas estrellas parecen jóvenes por una razón mucho más oscura.
Se comieron a sus vecinos.
Este es sólo uno de los hallazgos más peculiares de una nueva investigación de la Universidad Northwestern. Utilizando un nuevo modelo, los astrofísicos rastrearon los violentos viajes de 1.000 estrellas simuladas que orbitan alrededor del agujero negro supermasivo central de nuestra galaxia, Sagitario A* (Sgr A*).
Tan densamente poblada de estrellas, la región suele experimentar brutales colisiones estelares. Al simular los efectos de estas intensas colisiones, el nuevo trabajo encuentra que los supervivientes de la colisión pueden perder masa para convertirse en estrellas despojadas y de baja masa o pueden fusionarse con otras estrellas para volverse masivas y rejuvenecer en apariencia.
"La región alrededor del agujero negro central es densa, con estrellas que se mueven a velocidades extremadamente altas", dijo Sanaea C. Rose, de Northwestern, quien dirigió la investigación.
"Es un poco como correr a través de una estación de metro increíblemente concurrida en la ciudad de Nueva York durante la hora pico. Si no chocas con otras personas, entonces estás pasando muy cerca de ellas. En el caso de las estrellas, estas colisiones cercanas aún hacen que interactúen gravitacionalmente queríamos explorar lo que estas colisiones e interacciones significan para la población estelar y caracterizar sus resultados."
Rose presenta esta investigación en la reunión de abril de la Sociedad Estadounidense de Física (APS) en Sacramento, California. "Colisiones estelares en el centro galáctico" se llevará a cabo el jueves (4 de abril) como parte de la sesión "Astrofísica de partículas y el centro galáctico".
Rose es becaria postdoctoral Lindheimer en el Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) de Northwestern. Comenzó este trabajo como Ph.D. candidato en UCLA.
El centro de nuestra Vía Láctea es un lugar extraño y salvaje. La atracción gravitacional de Sgr A* acelera a las estrellas para que giren alrededor de sus órbitas a velocidades aterradoras. Y la gran cantidad de estrellas agrupadas en el centro de la galaxia supera el millón. El grupo denso y las velocidades ultrarrápidas equivalen a un derbi de demolición de alta velocidad. En la región más interna, a 0,1 pársecs del agujero negro, pocas estrellas escapan ilesas.
"La estrella más cercana a nuestro sol está a unos cuatro años luz de distancia", explicó Rose. "A esa misma distancia, cerca del agujero negro supermasivo, hay más de un millón de estrellas. Es un vecindario increíblemente poblado. Además de eso, el agujero negro supermasivo tiene una atracción gravitacional realmente fuerte. A medida que orbitan alrededor del agujero negro, las estrellas pueden se mueven a miles de kilómetros por segundo."
Dentro de este vecindario estrecho y agitado, las estrellas pueden chocar con otras estrellas. Y cuanto más cerca viven las estrellas del agujero negro supermasivo, aumenta la probabilidad de colisión. Con curiosidad por los resultados de estas colisiones, Rose y sus colaboradores desarrollaron una simulación para rastrear el destino de las poblaciones estelares en el centro galáctico. La simulación tiene en cuenta varios factores:densidad del cúmulo estelar, masa de las estrellas, velocidad orbital, gravedad y distancias desde Sgr A*.
En su investigación, Rose identificó un factor que probablemente determine el destino de una estrella:su distancia del agujero negro supermasivo.
A 0,01 pársecs del agujero negro, las estrellas, que se mueven a velocidades que alcanzan miles de kilómetros por segundo, chocan constantemente entre sí. Rara vez es una colisión frontal y más bien se parece a un "choca esos cinco violento", como lo describe Rose. Los impactos no son lo suficientemente fuertes como para destruir las estrellas por completo. En cambio, se despojan de sus capas exteriores y continúan acelerando a lo largo del curso de colisión.
"Se golpean entre sí y siguen adelante", dijo Rose. "Simplemente se rozan entre sí como si estuvieran intercambiando un choque de manos muy violento. Esto hace que las estrellas expulsen algo de material y pierdan sus capas externas. Dependiendo de qué tan rápido se muevan y cuánto se superpongan cuando chocan, podrían perder bastante de sus capas exteriores. Estas colisiones destructivas dan como resultado una población de estrellas extrañas, despojadas y de baja masa."
Fuera de 0,01 pársecs, las estrellas se mueven a un ritmo más relajado:cientos de kilómetros por segundo en lugar de miles. Debido a sus velocidades más lentas, estas estrellas chocan entre sí pero luego no tienen suficiente energía para escapar. En cambio, se fusionan para volverse más masivos. En algunos casos, incluso podrían fusionarse varias veces para volverse 10 veces más masivos que nuestro sol.
"Algunas estrellas ganan la lotería de las colisiones", dijo Rose. "A través de colisiones y fusiones, estas estrellas recogen más hidrógeno. Aunque se formaron a partir de una población mayor, se disfrazan de estrellas rejuvenecidas y de aspecto joven. Son como estrellas zombis:se comen a sus vecinas".
Pero la apariencia juvenil tiene el costo de una esperanza de vida más corta.
"Mueren muy rápido", dijo Rose. "Las estrellas masivas son como autos gigantes que consumen mucha gasolina. Comienzan con una gran cantidad de hidrógeno, pero lo queman muy, muy rápido".
Aunque Rose encuentra un simple placer al estudiar la extraña y extrema región cercana a nuestro centro galáctico, su trabajo también puede revelar información sobre la historia de la Vía Láctea. Y debido a que el cúmulo central es extremadamente difícil de observar, las simulaciones de su equipo pueden iluminar procesos que de otro modo estarían ocultos.
"Es un entorno como ningún otro", dijo Rose. "Las estrellas, que están bajo la influencia de un agujero negro supermasivo en una región muy poblada, no se parecen a nada que podamos ver en nuestro propio vecindario solar. Pero si podemos aprender sobre estas poblaciones estelares, entonces podríamos aprender algo nuevo sobre cómo se ensambló el centro galáctico. Al menos, ciertamente proporciona un punto de contraste para el vecindario donde vivimos."
La presentación de Rose en APS incluirá una investigación publicada por The Astrophysical Journal Letters en marzo de 2024 y por The Astrophysical Journal en septiembre de 2023.
Más información: Sanaea C. Rose et al, Conformación de colisiones de perfiles de densidad de cúmulos de estrellas nucleares, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad251f
Sanaea C. Rose et al, Colisiones estelares en el centro galáctico:estrellas masivas, restos de colisiones y gigantes rojas desaparecidas, The Astrophysical Journal (2023). DOI:10.3847/1538-4357/acee75
Información de la revista: Revista Astrofísica , Cartas de revistas astrofísicas , arXiv
Proporcionado por la Universidad Northwestern
