Mangiavano i loro vicini.

Questo è solo uno dei risultati più peculiari della nuova ricerca della Northwestern University. Utilizzando un nuovo modello, gli astrofisici hanno tracciato i violenti viaggi di 1.000 stelle simulate in orbita attorno al buco nero supermassiccio centrale della nostra galassia, Sagittarius A* (Sgr A*).

Così densamente piena di stelle, la regione è spesso soggetta a brutali collisioni stellari. Simulando gli effetti di queste intense collisioni, il nuovo lavoro scopre che i sopravvissuti alla collisione possono perdere massa per diventare stelle di piccola massa ridotte o possono fondersi con altre stelle per diventare massicce e ringiovanite nell'aspetto.

"La regione attorno al buco nero centrale è densa di stelle che si muovono a velocità estremamente elevate", ha affermato Sanaea C. Rose della Northwestern, che ha guidato la ricerca.

"È un po' come correre attraverso una stazione della metropolitana incredibilmente affollata a New York City durante l'ora di punta. Se non ti scontri con altre persone, allora le stai passando molto vicino. Per le stelle, queste collisioni ravvicinate le fanno comunque interagire gravitazionalmente. Volevamo esplorare cosa significano queste collisioni e interazioni per la popolazione stellare e caratterizzare i loro risultati."

Rose presenta questa ricerca alla riunione di aprile dell'American Physical Society (APS) a Sacramento, in California. "Collisioni stellari nel centro galattico" si svolgerà giovedì (4 aprile) nell'ambito della sessione "Astrofisica delle particelle e centro galattico".

Rose è ricercatrice post-dottorato Lindheimer presso il Centro per l'esplorazione e la ricerca interdisciplinare in astrofisica (CIERA) della Northwestern. Ha iniziato questo lavoro come dottorato di ricerca. candidato alla UCLA.

Destinati a scontrarsi

Il centro della nostra Via Lattea è un luogo strano e selvaggio. L'attrazione gravitazionale di Sgr A* accelera le stelle che girano attorno alle loro orbite a velocità terrificanti. E il numero totale di stelle racchiuse nel centro della galassia supera il milione. Il cluster densamente popolato e le velocità fulminee equivalgono a un derby di demolizione ad alta velocità. Nella regione più interna, entro 0,1 parsec dal buco nero, poche stelle riescono a uscire indenni.

"La stella più vicina al nostro Sole è a circa quattro anni luce di distanza", ha spiegato Rose. "All'interno della stessa distanza, vicino al buco nero supermassiccio, ci sono più di un milione di stelle. È un quartiere incredibilmente affollato. Oltre a ciò, il buco nero supermassiccio ha un'attrazione gravitazionale davvero forte. Mentre orbitano attorno al buco nero, le stelle possono muoversi a migliaia di chilometri al secondo."

All’interno di questo quartiere ristretto e frenetico, le stelle possono scontrarsi con altre stelle. E quanto più le stelle vivono vicino al buco nero supermassiccio, aumenta la probabilità di collisione. Incuriositi dagli esiti di queste collisioni, Rose e i suoi collaboratori hanno sviluppato una simulazione per tracciare il destino delle popolazioni stellari nel centro galattico. La simulazione tiene conto di diversi fattori:densità dell'ammasso stellare, massa delle stelle, velocità dell'orbita, gravità e distanze dalla Sgr A*.

Dai "cinque violenti" alle fusioni totali

Nella sua ricerca, Rose ha individuato un fattore che molto probabilmente determina il destino di una stella:la sua distanza dal buco nero supermassiccio.

Entro 0,01 parsec dal buco nero, le stelle, che si muovono a velocità che raggiungono migliaia di chilometri al secondo, si scontrano costantemente. Raramente si tratta di uno scontro frontale e più simile a un "violento cinque", come lo descrive Rose. Gli impatti non sono abbastanza forti da distruggere completamente le stelle. Invece, si liberano degli strati esterni e continuano a sfrecciare lungo la rotta di collisione.

"Si scontrano e continuano ad andare avanti", ha detto Rose. "Si sfiorano l'un l'altra come se si stessero scambiando un violento cinque. Ciò fa sì che le stelle espellino parte del materiale e perdano i loro strati esterni. A seconda della velocità con cui si muovono e di quanto si sovrappongono quando si scontrano, potrebbero perdere un bel po' dei loro strati esterni. Queste collisioni distruttive danno luogo a una popolazione di stelle strane, ridotte e di piccola massa."

Al di fuori di 0,01 parsec, le stelle si muovono a un ritmo più rilassato:centinaia di chilometri al secondo invece di migliaia. A causa della velocità più bassa, queste stelle si scontrano tra loro ma non hanno abbastanza energia per scappare. Invece, si fondono per diventare più massicci. In alcuni casi, potrebbero addirittura fondersi più volte fino a diventare 10 volte più massicci del nostro sole.

"Alcune stelle vincono la lotteria delle collisioni", ha detto Rose. "Attraverso collisioni e fusioni, queste stelle raccolgono più idrogeno. Sebbene si siano formate da una popolazione più anziana, si mascherano da stelle ringiovanite e dall'aspetto giovane. Sono come stelle zombi; mangiano i loro vicini."

Ma l'aspetto giovanile ha il prezzo di una aspettativa di vita più breve.

"Muoiono molto rapidamente", ha detto Rose. "Le stelle massicce sono un po' come automobili giganti che consumano gas. Iniziano con molto idrogeno, ma lo bruciano molto, molto velocemente."

Ambiente estremo "diverso da qualsiasi altro"

Sebbene Rose trovi semplice gioia nello studiare la bizzarra ed estrema regione vicino al nostro centro galattico, il suo lavoro può anche rivelare informazioni sulla storia della Via Lattea. E poiché l'ammasso centrale è estremamente difficile da osservare, le simulazioni del suo team possono illuminare processi altrimenti nascosti.

"È un ambiente diverso da qualsiasi altro", ha detto Rose. "Le stelle, che sono sotto l'influenza di un buco nero supermassiccio in una regione molto affollata, sono diverse da qualsiasi cosa vedremo mai nel nostro quartiere solare. Ma se riusciamo a conoscere queste popolazioni stellari, allora potremmo essere in grado di imparare qualcosa nuovo su come è stato assemblato il centro galattico. Per lo meno, fornisce sicuramente un punto di contrasto per il quartiere in cui viviamo."

La presentazione APS di Rose includerà la ricerca pubblicata da The Astrophysical Journal Letters nel marzo 2024 e da The Astrophysical Journal nel settembre 2023.