Ils ont mangé leurs voisins.

Il ne s’agit là que de l’une des découvertes les plus étranges issues d’une nouvelle recherche de l’Université Northwestern. À l'aide d'un nouveau modèle, les astrophysiciens ont retracé les voyages violents de 1 000 étoiles simulées en orbite autour du trou noir supermassif central de notre galaxie, Sagittarius A* (Sgr A*).

Si densément peuplée d’étoiles, la région est régulièrement confrontée à de brutales collisions stellaires. En simulant les effets de ces collisions intenses, les nouveaux travaux révèlent que les survivants de collisions peuvent perdre de la masse pour devenir des étoiles dénudées et de faible masse ou peuvent fusionner avec d'autres étoiles pour devenir massives et rajeunies en apparence.

"La région autour du trou noir central est dense avec des étoiles se déplaçant à des vitesses extrêmement élevées", a déclaré Sanaea C. Rose de Northwestern, qui a dirigé la recherche.

"C'est un peu comme traverser une station de métro incroyablement bondée à New York aux heures de pointe. Si vous n'entrez pas en collision avec d'autres personnes, alors vous les passez de très près. Pour les étoiles, ces quasi-collisions les font quand même interagir. gravitationnellement. Nous voulions explorer ce que ces collisions et interactions signifient pour la population stellaire et caractériser leurs résultats. "

Rose présente cette recherche lors de la réunion d'avril de l'American Physical Society (APS) à Sacramento, en Californie. "Collisions stellaires au Centre Galactique" aura lieu jeudi 4 avril dans le cadre de la session "Astrophysique des particules et Centre Galactique".

Rose est boursière postdoctorale Lindheimer au Centre d'exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Elle a commencé ce travail en tant que doctorante. candidat à l'UCLA.

Destiné à entrer en collision

Le centre de notre Voie Lactée est un endroit étrange et sauvage. L’attraction gravitationnelle de Sgr A* accélère les étoiles pour qu’elles tournent autour de leurs orbites à des vitesses terrifiantes. Et le nombre d’étoiles regroupées au centre de la galaxie dépasse le million. Le cluster densément peuplé et les vitesses ultra-rapides équivalent à un derby de démolition à grande vitesse. Dans la région la plus intérieure, à moins de 0,1 parsec du trou noir, peu d'étoiles s'en sortent indemnes.

"L'étoile la plus proche de notre soleil est à environ quatre années-lumière", a expliqué Rose. "À la même distance près du trou noir supermassif, il y a plus d'un million d'étoiles. C'est un quartier incroyablement peuplé. En plus de cela, le trou noir supermassif a une très forte attraction gravitationnelle. Lorsqu'elles tournent autour du trou noir, les étoiles peuvent se déplacent à des milliers de kilomètres par seconde."

Dans ce quartier étroit et mouvementé, les étoiles peuvent entrer en collision avec d’autres étoiles. Et plus les étoiles se rapprochent du trou noir supermassif, plus la probabilité de collision augmente. Curieux des résultats de ces collisions, Rose et ses collaborateurs ont développé une simulation pour retracer le destin des populations stellaires dans le centre galactique. La simulation prend en compte plusieurs facteurs :densité de l'amas stellaire, masse des étoiles, vitesse d'orbite, gravité et distances au Sgr A*.

Des « high fives violents » aux fusions totales

Dans ses recherches, Rose a identifié un facteur le plus susceptible de déterminer le sort d'une étoile :sa distance par rapport au trou noir supermassif.

À moins de 0,01 parsec du trou noir, les étoiles, se déplaçant à des vitesses atteignant des milliers de kilomètres par seconde, se heurtent constamment. Il s’agit rarement d’une collision frontale et plutôt d’un « high five violent », comme le décrit Rose. Les impacts ne sont pas assez forts pour briser complètement les étoiles. Au lieu de cela, ils perdent leurs couches externes et continuent à accélérer le long de la trajectoire de collision.

"Ils se frappent et continuent", a déclaré Rose. "Ils se frôlent comme s'ils échangeaient un high five très violent. Cela amène les étoiles à éjecter de la matière et à perdre leurs couches externes. En fonction de la vitesse à laquelle elles se déplacent et de leur chevauchement lorsqu'elles entrent en collision, elles pourraient perdre une grande partie de leurs couches externes. Ces collisions destructrices aboutissent à une population d'étoiles étranges, dénudées et de faible masse. "

En dehors de 0,01 parsec, les étoiles se déplacent à un rythme plus détendu :des centaines de kilomètres par seconde au lieu de milliers. En raison de leur vitesse plus lente, ces étoiles entrent en collision les unes avec les autres mais n'ont pas assez d'énergie pour s'échapper. Au lieu de cela, ils fusionnent pour devenir plus massifs. Dans certains cas, ils pourraient même fusionner plusieurs fois pour devenir 10 fois plus massifs que notre soleil.

"Quelques stars gagnent à la loterie des collisions", a déclaré Rose. "Grâce aux collisions et aux fusions, ces étoiles collectent davantage d'hydrogène. Bien qu'elles aient été formées à partir d'une population plus âgée, elles se font passer pour des étoiles rajeunies et d'apparence jeune. Elles ressemblent à des étoiles zombies :elles mangent leurs voisines."

Mais cette apparence jeune se fait au prix d'une espérance de vie plus courte.

"Ils meurent très vite", a déclaré Rose. "Les étoiles massives sont un peu comme des voitures géantes et énergivores. Elles démarrent avec beaucoup d'hydrogène, mais elles le brûlent très, très vite."

Environnement extrême « pas comme les autres »

Bien que Rose trouve une joie simple à étudier la région étrange et extrême proche de notre centre galactique, son travail peut également révéler des informations sur l'histoire de la Voie Lactée. Et comme l'amas central est extrêmement difficile à observer, les simulations de son équipe peuvent éclairer des processus autrement cachés.

"C'est un environnement qui ne ressemble à aucun autre", a déclaré Rose. "Les étoiles, qui sont sous l'influence d'un trou noir supermassif dans une région très peuplée, ne ressemblent à rien de ce que nous verrons jamais dans notre propre voisinage solaire. Mais si nous pouvons en apprendre davantage sur ces populations stellaires, alors nous pourrons peut-être apprendre quelque chose. nouveau sur la façon dont le centre galactique a été assemblé, à tout le moins, cela fournit certainement un point de contraste pour le quartier dans lequel nous vivons."

La présentation APS de Rose comprendra des recherches publiées par The Astrophysical Journal Letters en mars 2024 et par The Astrophysical Journal en septembre 2023.