De fleste Melkevejsstjerner - såsom vores egen sol - bevæger sig i millioner af år lange nærcirkulære baner, der ikke er forstyrret af det supermassive sorte hul (SMBH) midt i galaksen. Men ved Mælkevejen kan stjerner i Central vise usædvanligt frenetiske og meget excentriske bevægelser. De, der er tættest på SMBH, tilbringer det meste af deres tid nær aphelion - langt væk fra dens begivenhedshorisont. Men SMBHs nådeløse gravitationsgreb trækker dem snart indad mod perihelion. Da disse stjerner mister deres fodfæste i SMBHs tyngdekraft godt, accelererer de hurtigt - og undslipper kun total opløsning på grund af deres ekstremt høje omkretsvinkelmoment.
Sådanne "S-stjerner" blev først identificeret af to uafhængige hold af astronomer (den ene ledet af Reinhard Genzel ved Max Planck Institute i Garching, Tyskland og den anden af Andrea Ghez ved UCLA) i 2002. På grund af høje koncentrationer af gas og støv, der omslutter den galaktiske kerne, måtte holdene opdage disse meget mobile kilder ved hjælp af infrarødt lys. Ved at kigge efter skift i stjernernes spektre og bestemme, hvor hurtigt de bevægede sig i forhold til andre objekter, kunne der opnås nøjagtige bane. I de tre år siden deres opdagelse er en S-stjerne (S2) næsten færdig med en komplet bane om Mælkevejens SMBH.
Men der er noget særligt ved S-stjerner. Baseret på nuværende modeller for stjernernes evolution, skulle disse stjerner være meget gamle - men har på en eller anden måde formået at bevare alle ungdommens karakteristika.
Teoretiske astronomer Melvyn Davies fra Lund-observatoriet, Sverige og Andrew King fra University of Leicester, Storbritannien har et svar: ”Vores billede forklarer samtidig, hvorfor S-stjerner har tæt bundne bane, og den observerede udtømning af røde giganter i centrum af galaksen. ” De fleste stjerner set omkring os (uden for Mælkevejen Central) har godt forstået livscyklusserne. Disse stjerner passerer gennem en "hovedsekvens" af udvikling - med oprindelse i store, lavtemperaturlegemer med ulmende centrale fusionsovne og slutter som små hvide dværge, der udstråler "varme" som synligt lys, mens de roligt køler ud i skumringen af deres himmelkarriere.
En stjernes skæbne bestemmes primært af dens masse. Supermassive stjerner (så store som 150 solskin) lever meget hurtige liv og overlever i så lidt som 50.000 år. I løbet af deres ungdom glæder disse stjerner som strålende blå giganter med overfladetemperaturer så høje som 30.000 grader C. I mellemtiden lever mere beskedne stjerner som Solen meget længere, glødende tempereret i 5 til 15 milliarder år ved lavere overfladetemperaturer (5.000 - 10.000 grader) C). I alle stjerner leverer atomovne den energi, der er nødvendig for at skabe synligt lys. Når en stjerne modnes, vokser dens nukleare ovn i overfladen, og den afgiver mere og mere stråling. På et bestemt tidspunkt bliver kernestrålingen tryk så intens, at den ydre atmosfære af stjernen svulmer mange gange over. Denne diffuse gasformige konvolut fortæller astronomer, at en stjerne er langt fremme i alder og nærmer sig slutningen af sin livscyklus.
Men der er ingen sådanne ”rødgiganter” blandt S-stjernerne i Mælkevejen Central.
Alle stjerner fødes i klynger og danner foreninger. Dette bør omfatte S-stjerner i nærheden af SMBH. Stjerneklynger udfældes som en gruppe ud af store regioner af nebulært støv og uregas. Selvom klyngestjerner er bundet sammen tyngdekraft, kan tidevandskræfter fra midten af galaksen rive dem fra hinanden over millioner af år. Individuelle stjerner inden for sådanne klynger spiraler derefter indad mod galaksen. Når dette sker, bør disse stjerner ældes til at blive ”stjerner inden for stjerner” - stærkt strålende blå stjernekerner indhyllet af enormt opsvulmede gasformige konvolutter med rød gigant. I deres artikel ”The Stars of the Galactic Center” (offentliggjort 21. marts 2005) fortsætter forfatterne med at ”S-stjerner går i en region, hvor tidevandsstyrker fra det centrale supermassive sorte hul forhindrer dannelse af stjerner.”
I henhold til den nuværende astronomiske tænkning skal S-stjerner også dannes i klynger, og disse klynger skal stamme langt væk fra tidevandskræfter nær galakse-kernen. Det er selvfølgelig muligt for S-stjerner at have en anden fødselscyklus end andre stjerner. En idé udforsket af teoretikere er, at kerne-S-stjerner dannes som et resultat af nylige kollisioner mellem tætte molekylskyer nær Milky Way Central. En anden opfattelse er, at de kan blive spundet ud af akkretionsdisken, der omgiver selve SMBH. For at tage højde for deres lysstyrke og høje temperaturer (30 K grader C) skal S-stjerner have mellemliggende masser (~ 10 sol) og leve relativt korte livscyklusser (~ 10 Myr). På grund af disse begrænsninger skal kerne S-stjerner alle være relativt unge, og der skal konstant dannes nye.
”Et plausibelt alternativt billede er, at S-stjerner er resultatet af forliset af massive stjerneklynger mod det sorte hul ved dynamisk friktion. Tidevand forstyrrer imidlertid sådanne klynger i afstande meget længere ud end regionen med de observerede S-stjerner. For at forsyne S-stjernerne kræves spredning i næsten radiale kredsløb ved hjælp af tyngdepunktinteraktion med andre stjerner. Imidlertid forekommer denne proces på en tidsplan, der betydeligt vil overskride levetiden for sådanne stjerner af de observerede temperaturer i hovedsekvensen. ” skriver parret.
Effektivt skal kerne-S-stjerner enten være meget ungdommelige og leveres ind i SMBH-regionen ved hjælp af en ukendt mekanisme, eller de skal være meget ældre end tænkt og på en eller anden måde gøres ”ungdommelige” ved at interagere med det sorte hul og dets umiddelbare omgivelser. Kunne der være en "springvand med stjernelig ungdom" i centrum af Mælkevejen Galaxy?
”Strippende stjerner løser fødselsproblemet.”, Siger forfatterne. ”… De eneste stjerner, der potentielt kan identificeres som Galactic Center-røde giganter, mister deres konvolutter og bliver til S-stjerner i stedet.” Kerne S-stjerner har gennemgået en proces med klyngefødsel og modning, der ligner vores sol. Fordi de kan være mindre massive end engang troet (~ 1-4 solmasser), har de haft mere tid til at bevæge sig mod kernen.
Drevet indad ved gravitationsspredning fra mere massive stjerner får disse aldrende røde giganter en kosmisk ”ansigtsløftning” - når tidevandskræfter i sort hul striber deres ydre klæder for at gå sammen med andre gasser, der brænder SMBH selv. På grund af længere tænkte levetid end én gang har disse stjerner med lavere masse haft rigelig tid til at nå frem til den galaktiske kerne fra fjernere klynger. Det faktum, at de har mistet deres klædedrag forklarer deres relative glans, høje temperaturer og tilsyneladende ungdom.
Har vores egen sol en sådan fremtid inden den?
Ifølge Melvyn Davies, ”Nej, solen får ikke den samme skæbne. Vi er for langt fra det galaktiske centrum. Vi er omkring 30000 lysår fra det sorte hul; stjernerne bliver spredt i er kommet langt tættere på, bestemt ikke længere end omkring 3000 lysår. ” Professor Andrew King tilføjer, ”Solen har ingen tæt ledsager, der kan forstyrre dens normale udvikling. Så det vil til sidst blive en rød gigant og udvikle sig til en run-of-the-mill hvid dværg. ”
Det ser ud til, at der overhovedet ikke er nogen springvand af ungdom i centrum af galaksen for Sol.
Skrevet af Jeff Barbour
