What is the reason for the lack of cool evolved stars near the center of the Galaxy?
本文提出,红巨星反复穿过人马座A*过去的喷流会剥离其包层并加热其表面,从而可能将冷却的M型巨星转化为高温A型源,进而解释观测到的银河系中心附近冷却演化星的缺失现象。
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在银河系的深处,存在着一个引力剧烈且恒星密集的区域,其中心是一个被称为 Sgr A* 的超大质量黑洞。这个核心区域仅跨越几光年,却孕育着一个密集的恒星集群。天文学家长期以来一直在绘制这一邻里的图谱,并发现了一个奇特的失衡现象。虽然微弱、年老的恒星散布在整个核心地带,但那些理应常见的、明亮、寒冷且臃肿的红巨星却离奇地消失了。这些巨星是那些已经耗尽核心燃料并膨胀成巨大、蓬松球体的恒星,然而随着观察位置向黑洞靠近,它们似乎消失了。科学家们提出了几种解释来阐述这种消失,认为极强的引力可能会将它们撕裂,或者与其它恒星或气体盘的碰撞可能会摧毁它们。然而,一项新的研究探索了另一种可能性:这些恒星并非被摧毁,而是被黑洞过去喷射出的强大、无形的风所改变了。
捷克马萨里克大学的 Petr Kurfüst 及其团队研究了与黑洞过去喷射出的高速气体喷流的反复遭遇,是否会改变这些恒星。他们将研究重点放在了红巨星上,这类恒星拥有庞大且结合并不紧密的外部气体层。通过使用强大的计算机模拟,该团队模拟了一颗典型的红巨星——其质量约为太阳,但半径却是太阳的一百倍——当它穿过一段以接近光速运行的气体喷流时的情况。他们观察了这颗恒星穿过喷流路径时的情形,不仅是发生一次,而是在十万年的时间里发生了多达十次。模拟显示,每当恒星进入喷流时,碰撞都会产生冲击波,从而剥离恒星的外层大气并将其加热。
这些模拟结果揭示了一个渐进变化的过程,而非突然的毁灭。随着恒星反复穿过喷流,摩擦力和压力削减了其外层的一小部分气体,在恒星身后留下了一条长长的、拖曳着的碎片尾迹。虽然在这一漫长时期内损失的总质量相对较小——与恒星通过自身缓慢的风自然流失的质量相当——但对恒星外观的影响却是巨大的。喷流的持续轰击显著加热了恒星的表面层。在模型中,恒星的表面温度从寒冷的 3600 摄氏度上升到了高达 8500 摄氏度。这种温度的转变足以改变恒星的颜色和光谱分类,使其从一颗寒冷的红巨星变为一颗炽热的蓝白色恒星。
这种转变为这些失踪的巨星提供了一个引人注目的解释。这些恒星可能仍然存在,但它们看起来不再是天文学家预期会发现的那种寒冷的红巨星。相反,喷流的反复打击“烹饪”了它们的表面,使它们看起来像是观测到的银河系中心附近过剩的那些炽热、年轻的恒星。研究表明,这种机制结合碰撞等其他因素,可以解释观测到的寒冷巨星数量的缺口。研究人员指出,虽然他们的模拟清楚地展示了这种加热和剥离效应,但精确的质量损失量取决于喷流的强度和恒星的具体路径。他们得出结论,喷流扮演了一个“宇宙烤箱”的角色,在没有必然完全摧毁这些古老恒星的情况下,改变了它们的视觉身份,从而在围绕黑洞运行的恒星中留下了黑洞过去活动的记录。
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