Astronomer har upptäckt flera bisarra föremål vid Galactic Center som döljer sin sanna identitet bakom en rökskärm av damm; de ser ut som gasmoln, men bete dig som stjärnor.

Vid dagens American Astronomical Society Meeting i Denver, ett team av forskare under ledning av UCLA postdoktor Anna Ciurlo tillkännagav sina resultat, som de fick med hjälp av 12 års data hämtade från W. M. Keck Observatory på Maunakea, Hawaii.

"Dessa kompakta dammiga stjärnobjekt rör sig extremt snabbt och nära vår galaxs supermassiva svarta hål. Det är fascinerande att se dem röra sig från år till år, sade Ciurlo. Hur kom de dit? Och vad ska de bli? De måste ha en intressant historia att berätta."

Forskarna gjorde sin upptäckt genom att erhålla spektroskopiska mätningar av Galactic Centers gasdynamik med hjälp av Keck Observatorys OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph (OSIRIS).

"Vi startade det här projektet med tanke på att om vi tittade noggrant på den komplicerade strukturen av gas och damm nära det supermassiva svarta hålet, vi kan upptäcka några subtila förändringar i form och hastighet, sa Randy Campbell, vetenskapsverksamhet leder vid Keck Observatory. "Det var ganska överraskande att upptäcka flera objekt som har mycket distinkta rörelser och egenskaper som placerar dem i G-objektklassen, eller dammiga stjärnobjekt."

Astronomer upptäckte först G-objekt vid Vintergatans monstersvarta hål för mer än ett decennium sedan; G1 sågs första gången 2004, och G2 upptäcktes 2012. Båda ansågs vara gasmoln tills de närmade sig det supermassiva svarta hålet. G1 och G2 lyckades på något sätt överleva det svarta hålets gravitationskraft, som kan riva isär gasmoln.

"Om de vore gasmoln, G1 och G2 skulle inte ha kunnat förbli intakta, " sa UCLA Astronomy Professor Mark Morris, en av huvudutredarna och kollegan i UCLA:s Galactic Center Orbits Initiative (GCOI). "Vår syn på G-objekten är att de är uppsvällda stjärnor - stjärnor som har blivit så stora att tidvattenkrafterna som utövas av det centrala svarta hålet kan dra bort materia från deras stjärnatmosfärer när stjärnorna kommer tillräckligt nära, men har en stjärnkärna med tillräckligt med massa för att förbli intakt. Frågan är då, varför är de så stora?"

Det verkar som att mycket energi dumpades i G-objekten, får dem att svälla upp och växa sig större än typiska stjärnor.

GCOI tror att dessa G-objekt är resultatet av stjärnsammanslagningar – där två stjärnor kretsar runt varandra, känd som binärer, krascha in i varandra på grund av gravitationspåverkan från det gigantiska svarta hålet. Under en lång period, det svarta hålets gravitation förändrar binärstjärnornas banor tills duon kolliderar. Det kombinerade föremålet som blir resultatet av denna våldsamma sammanslagning kan förklara var överskottsenergin kom ifrån.

"I efterdyningarna av en sådan sammanslagning, det resulterande enda föremålet skulle "uppblåst", eller utspänd, under en ganska lång tid, kanske en miljon år, innan den lägger sig och ser ut som en normalstor stjärna, sa Morris.

"Det här är vad jag tycker är mest spännande, sa Andrea Ghez, grundare och direktör för GCOI. "Om dessa objekt verkligen är binära stjärnsystem som har drivits att smälta samman genom sin interaktion med det centrala supermassiva svarta hålet, detta kan ge oss insikt i en process som kan vara ansvarig för de nyligen upptäckta stjärnmassor av svarta hål som har upptäckts genom gravitationsvågor."

Det som gör G-objekt ovanligt är deras "svullnad". Det är sällsynt att en stjärna täcks av ett lager av damm och gas så tjockt att astronomer inte ser stjärnan direkt. De ser bara det glödande höljet av damm. För att se föremålen genom deras disiga miljö, Campbell utvecklade ett verktyg som heter OSIRIS-Volume Display (OsrsVol).

"OsrsVol tillät oss att isolera dessa G-objekt från bakgrundsemissionen och analysera spektraldata i tre dimensioner:två rumsliga dimensioner, och våglängdsdimensionen som ger hastighetsinformation, " sa Campbell. "När vi väl kunde urskilja objekten i en 3D-datakub, vi kunde sedan spåra deras rörelse över tiden i förhållande till det svarta hålet."

"Keck Observatory har observerat Galactic Center varje år i 20 år med några av de bästa instrumenten och teknologierna, ", sa Ciurlo. "Enbart detta ger en mycket hög kvalitet och konsekvent datauppsättning, vilket gjorde det möjligt för oss att gå djupt in i analysen av data.

Dessa nyupptäckta infraröda källor kan potentiellt vara G-objekt – G3, G4, och G5 – eftersom de delar de fysiska egenskaperna hos G1 och G2.

Teamet kommer att fortsätta följa storleken och formen på G-objektens banor, som skulle kunna ge viktiga ledtrådar om hur de bildades.

Astronomerna kommer särskilt att ägna stor uppmärksamhet när dessa dammiga stjärnkompakta objekt närmar sig det supermassiva svarta hålet. Detta kommer att tillåta dem att ytterligare observera sitt beteende och se om objekten förblir intakta precis som G1 och G2 gjorde, eller bli ett mellanmål för det supermassiva svarta hålet. Först då kommer de att ge bort sin sanna natur.

"Vi måste vänta några decennier för att detta ska hända; ungefär 20 år för G3, och decennier längre för G4 och G5, sade Morris. Under tiden, vi kan lära oss mer om dessa puffballs genom att följa deras dynamiska utveckling med OSIRIS."

"Att förstå G-objekt kan lära oss mycket om Galactic Centers fascinerande och fortfarande mystiska miljö. Det finns så många saker på gång att varje lokaliserad process kan hjälpa till att förklara hur denna extrema, exotisk miljö fungerar, sa Ciurlo.