Vědci odhalili tajemství nejtěžší mladé hvězdy objevené v blízkosti černé díry

Spektrální charakteristiky X3a naznačují, že jde o nejtěžší a zároveň nejmladší hvězdu, kterou se dosud podařilo objevit přímo v srdci Mléčné dráhy. Vzhledem ke stáří mladšímu, než je doba existence současného lidstva (z astrofyzikálního hlediska jde o mrknutí oka), musela X3a vzniknout přímo v bezprostřední blízkosti černé díry. Vědci si proto kladli otázku, jak je to možné, když podmínky v okolí černé díry v centru naší Galaxie působí spíše proti vzniku hvězd, jako je naše Slunce. „Obecně je okolí černé díry považováno za velmi nehostinnou oblast, která se vyznačuje vysoce dynamickými procesy a intenzivním rentgenovým a ultrafialovým zářením," uvádí jeden z autorů studie Michal Zajaček.

Vědci však prokázali, že ve vzdálenosti pouhých několika světelných let od černé díry se nachází oblast, která velmi překvapivě podmínky pro vznik hvězd splňuje. Tato oblast ve tvaru prstence plynu a prachu, je dostatečně chladná a chráněná před ničivým zářením. Nízké teploty a vysoké hustoty zajišťují prostředí, kde mohou vznikat mračna o hmotnosti stovek hmotností Slunce. Tato oblaka se pak velmi rychle pohybují směrem k černé díře díky jejich vzájemným kolizím, které odebírají moment hybnosti. Časové rozmezí, ve kterém se tato mračna přibližují k Sgr A*, kolabují a vytvářejí hvězdy, odpovídá velmi dobře stáří X3a.

Vědci tak vysvětlují vznik X3a scénářem, kdy se ve vnějším prstenci plynu a prachu kolem středu Galaxie mohl vytvořit dostatečně hustý oblak, který byl ochráněn před gravitačním vlivem Sgr A* a intenzivním zářením. Oblak o hmotnosti asi 100 Sluncí se vlivem vlastní gravitace zhroutil a vytvořil jednu nebo více protohvězd. Tento proces představoval zrod X3a. Pozorování ukazují, že těchto oblaků je mnoho a mohou navzájem interagovat. Je proto pravděpodobné, že čas od času některý "spadne" směrem k černé díře. Hvězda X3a se tedy zformovala a vyvinula do téměř dospělé hvězdy právě během pádu mraku.

„Se svou vysokou hmotností, která se rovná přibližně desetinásobku hmotnosti Slunce, je X3a obrem mezi hvězdami a tito obři se velmi rychle vyvíjejí a dospívají. Měli jsme štěstí, že jsme tuto masivní hvězdu spatřili uprostřed cirkumstelární mlhoviny ve tvaru komety právě v tomto zárodečném stadiu. Následně jsme pak identifikovali klíčové znaky spojené s mladým věkem, jako je kompaktní cirkumstelární obálka, která kolem ní rotuje,“ upřesnil Zajaček.

Vzhledem k tomu, že podobné prachové a plynné prstence lze nalézt i v jádrech jiných galaxií, může popsaný mechanismus fungovat i v ostatních galaxiích poměrně obecně. Mnoho galaxií proto může ve svých jádrech hostit velmi mladé hvězdy. „Detailní pozorování jader cizích galaxií však byla dosud zcela mimo možnosti i těch nejmodernějších teleskopů. Plánovaná pozorování pomocí vesmírného infračerveného dalekohledu Jamese Webba a Extrémně velkého dalekohledu (Chile) prověří tento model vzniku hvězd nejen v naší Galaxii, ale i v jiných hvězdných soustavách,“ dodává Vladimír Karas z Astronomického ústavu AV ČR v Praze.

Ve srovnání s naším Sluncem je X3a asi desetkrát větší a patnáctkrát těžší. V časových intervalech kratších než 10 let vznikají v okolí mladé hvězdy velmi horké chumáče plynu v důsledku její nadzvukové interakce s okolním plynem. Tyto shluky pak mohly být akreovány hvězdou X3a, což přispělo k její vysoké hmotnosti.

Výskyt velmi mladých hvězd v těsné blízkosti supermasivní černé díry je znám jako „Paradox mládí“. Ať už byl proces vedoucí ke vzniku těchto mladých hvězd jakýkoli, detekce jejich velice rychlého pohybu umožnila určení přesné hmotnosti Sgr A* a vedla k důkazu, že v samotném středu naší Galaxie se skrývá temný, kompaktní objekt o hmotnosti 4 milionů Sluncí. Tento úspěch byl v roce 2020 oceněn Nobelovou cenou za fyziku.