Cтатьи, принятые к публикации

Обзоры актуальных проблем


Сверхскоростные звёзды: теория и наблюдения

 а,  б,  б
а Институт астрономии РАН, ул. Пятницкая 48, Москва, 119017, Российская Федерация
б Российский федеральный ядерный центр «Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. Е.Н. Забабахина (ВНИИТФ)», Снежинск, Челябинской обл., Российская Федерация

Кинематическая особенность объектов микромира (элементарных частиц) — релятивистские скорости – сегодня является предметом научных дискуссий в плане ее приемлемости для объектов макромира: звезд, планет, астероидов, а также белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр звездных масс. Осознание такой возможности связано с открытием Уоррена Брауна сверхскоростных звезд (СЗ) в начале 21 века, которые были предсказаны Джеком Хиллзом в 1988 в рамках сценария динамического захвата двойной звезды центральной сверхмассивной черной дырой (СМЧД). Механизм ускорения, обусловленный обменом импульса в классической задаче трех тел, создает кинетический ресурс для образования СЗ путем гравитационного захвата оставшегося компаньона. Сегодня наблюдаемый порог кинематической звездной аномальности превышает 1 700 км/с и воспроизводится в ряде сценариев, альтернативных сценарию Хиллза. СЗ могут генерироваться в ходе столкновительной эволюции звездных скоплений, в результате взрывов сверхновых в тесных двойных звездах, вследствие орбитальной нестабильности тройных систем, в процессах захвата звезд из других галактик и т.д. Наиболее перспективными в реализации аномально высоких скоростей остаются сценарии при участии черных дыр, массы которых варьируются от звездных до нескольких миллиардов солнечных масс. Cценарий Хиллза занимает особое место в изучении природы СЗ, так как построенный на идее случайного захвата двойной звезды окрестностью СМЧД, он не касается проблемы заселенности галактического центра. В этом сценарии прогнозируются согласованные статистики СЗ и захваченных звезд, возможно, отождествляемых с S-звездами. Открытие S-звезд сыграло значительную роль в изучении центральной области Галактики, из анализа динамики которых были независимым способом получены неоспоримые доказательства существования СМЧД. Данный обзор кратко затрагивает историю открытия и изучения СЗ и S-звезд, дает представление о наблюдательных статистиках этих объектов, а также описывает методы их моделирования в постановках классической задачи трех тел и задачи N-тел. Изучаются пределы эффективного ускорения звезд в классическом сценарии Хиллза и модифицированном, в котором допускается замена одного из компонентов двойной звезды на еще одну СМЧД. Ускорение, продуцируемое в перекрестном поле двух СМЧД, оказывается эффективным для генерации звезд с релятивистскими скоростями (1/2 · c — 2/3 · c). Обсуждаются условия выживания таких звезд в области экстремальных градиентов гравитационных полей в зависимости от перицентрического сближения с центральной СМЧД и ее массы. В рамках вероятностной самосогласованной модели, унифицированной на основе классического и модифицированного сценариев Хиллза, прогнозируются вероятности образования СЗ в Галактике и звезд с релятивистскими скоростями за ее пределами. В обзоре обсуждаются перспективы поиска звезд и астероидов с релятивистскими скоростями в рамках ближайших космических миссий и получения новых знаний о Вселенной.

Ключевые слова: кинематическая аномальность, динамический захват, сценарий Хиллза, S-звезды, сверхскоростные звезды, звезды с релятивистскими скоростями, сверхмассивная черная дыра, галактики
DOI: 10.3367/UFNr.2020.11.038892
Цитата: Тутуков А В, Дремова Г Н, Дремов В В "Сверхскоростные звёзды: теория и наблюдения" УФН, принята к публикации

Поступила: 28 июля 2020, доработана: 19 ноября 2020, 30 ноября 2020

English citation: Tutukov A V, Dryomova G N, Dremov V V “Hypervelocity stars: theory and observationsPhys. Usp., accepted; DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038892

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение