Astronomer från UCLA:s Galactic Center Orbits Initiative har upptäckt en ny klass av bisarra objekt i mitten av vår galax, inte långt från det supermassiva svarta hålet som kallas Skytten A*. De publicerade sin forskning i dag i tidskriften Natur .

"Dessa föremål ser ut som gas och beter sig som stjärnor, " sa medförfattaren Andrea Ghez, UCLA:s Lauren B. Leichtman och Arthur E. Levine professor i astrofysik och chef för UCLA Galactic Center Group.

De nya objekten ser kompakta ut för det mesta och sträcker sig ut när deras banor för dem närmast det svarta hålet. Deras banor sträcker sig från cirka 100 till 1, 000 år, sa huvudförfattaren Anna Ciurlo, en postdoktor vid UCLA.

Ghez forskargrupp identifierade ett ovanligt föremål i mitten av vår galax 2005, som senare fick namnet G1. Under 2012, astronomer i Tyskland gjorde en förbryllande upptäckt av ett bisarrt föremål vid namn G2 i mitten av Vintergatan som kom nära det supermassiva svarta hålet 2014. Ghez och hennes forskargrupp tror att G2 med största sannolikhet är två stjärnor som hade kretsat omloppsbana det svarta hålet i tandem och smälte samman till en extremt stor stjärna, inkapslad i ovanligt tjock gas och damm.

"Vid tidpunkten för närmast närmande, G2 hade en riktigt konstig signatur, " sa Ghez. "Vi hade sett det förut, men det såg inte särskilt konstigt ut förrän det kom nära det svarta hålet och blev långsträckt, och mycket av dess gas slets isär. Det gick från att vara ett ganska ofarligt föremål när det var långt från det svarta hålet till ett som verkligen sträcktes ut och förvrängdes när det närmade sig och tappade sitt yttre skal, och nu blir det mer kompakt igen."

"En av de saker som har gjort alla upphetsade över G-objekten är att sakerna som dras av dem av tidvattenkrafter när de sveper genom det centrala svarta hålet oundvikligen måste falla in i det svarta hålet, " sa medförfattaren Mark Morris, UCLA professor i fysik och astronomi. "När det händer, det kanske kan producera en imponerande fyrverkerishow eftersom materialet som äts upp av det svarta hålet kommer att värmas upp och avge riklig strålning innan det försvinner över händelsehorisonten."

Men är G2 och G1 extremvärden, eller är de en del av en större klass av föremål? Som svar på den frågan, Ghez forskargrupp rapporterar att det finns ytterligare fyra objekt som de kallar G3, G4, G5 och G6. Forskarna har bestämt var och en av sina banor. Medan G1 och G2 har liknande banor, de fyra nya objekten har mycket olika banor.

Ghez tror att alla sex objekten var dubbelstjärnor - ett system av två stjärnor som kretsar runt varandra - som smälte samman på grund av den starka gravitationskraften från det supermassiva svarta hålet. Sammanslagningen av två stjärnor tar mer än 1 miljon år att slutföra, sa Ghez.

"Sammanslagningar av stjärnor kan hända i universum oftare än vi trodde, och är troligen ganska vanliga, " sa Ghez. "Svarta hål kan driva binära stjärnor att smälta samman. Det är möjligt att många av stjärnorna vi har tittat på och inte förstått kan vara slutprodukten av fusioner som är lugna nu. Vi lär oss hur galaxer och svarta hål utvecklas. Det sätt på vilket binära stjärnor interagerar med varandra och med det svarta hålet skiljer sig mycket från hur enstaka stjärnor interagerar med andra enstaka stjärnor och med det svarta hålet."

Ciurlo noterade att medan gasen från G2:s yttre skal sträcktes dramatiskt, dess damm inuti gasen sträcktes inte mycket. "Något måste ha hållit det kompakt och gjort det möjligt för den att överleva sitt möte med det svarta hålet, " sade Ciurlo. "Detta är bevis för ett stjärnobjekt inuti G2."

"Den unika datamängden som professor Ghez grupp har samlat in under mer än 20 år är det som gjorde det möjligt för oss att göra denna upptäckt, " sa Ciurlo. "Vi har nu en population av "G"-objekt, så det är inte en fråga om att förklara en "engångshändelse" som G2."

Forskarna gjorde observationer från W.M. Keck Observatory på Hawaii och använde en kraftfull teknik som Ghez hjälpte pionjären, kallad adaptiv optik, som korrigerar de snedvridande effekterna av jordens atmosfär i realtid. De genomförde en ny analys av 13 år av deras UCLA Galactic Center Orbits Initiative-data.

I september 2019, Ghez team rapporterade att det svarta hålet blir allt hungrigare och det är oklart varför. Sträckningen av G2 2014 verkade dra ut gas som nyligen kan ha svalts av det svarta hålet, sa medförfattaren Tuan Do, en UCLA-forskare och biträdande chef för Galactic Center Group. Sammanslagningarna av stjärnor skulle kunna mata det svarta hålet.

Teamet har redan identifierat några andra kandidater som kan vara en del av denna nya klass av objekt, och fortsätter att analysera dem.

Ghez noterade att mitten av Vintergatans galax är en extrem miljö, till skillnad från vårt mindre hektiska hörn av universum.

"Jorden är i förorterna jämfört med galaxens centrum, vilket är cirka 26, 000 ljusår bort, " sa Ghez. "Mittpunkten i vår galax har en täthet av stjärnor 1 miljard gånger högre än vår del av galaxen. Gravitationskraften är så mycket starkare. De magnetiska fälten är mer extrema. Galaxens centrum är där extrem astrofysik förekommer - astrofysikens X-sporter."

Ghez sa att denna forskning kommer att hjälpa oss att lära oss vad som händer i de flesta galaxer.

Andra medförfattare inkluderar Randall Campbell, en astronom med W.M. Keck Observatory på Hawaii; Aurelien Hees, en före detta UCLA postdoktor, nu forskare vid Paris observatorium i Frankrike; och Smadar Naoz, en UCLA biträdande professor i fysik och astronomi.

Forskningen finansieras av National Science Foundation, W.M. Keck Foundation och Keck Visiting Scholars Program, Gordon och Betty Moore Foundation, Heising-Simons Foundation, Lauren Leichtman och Arthur Levine, Jim och Lori Keir, och Howard och Astrid Preston.

I juli 2019, Ghez forskargrupp rapporterade om det mest omfattande testet av Einsteins ikoniska allmänna relativitetsteori nära det svarta hålet. De drog slutsatsen att Einsteins teori klarade testet och är korrekt, åtminstone för stunden.