Общая концепция проекта
Проект посвящен детальному изучению динамики трех пространственных зон нашей Галактики. Новизной и уникальной особенностью является объединение этих зон в одну динамически взаимосвязанную систему, используя для этого доступные мощные вычислительные средства. Каждая из этих составляющих зон содержит очень большое количество частиц, поэтому их исследование проводилось в численных моделях пока еще независимо друг от друга. Кроме того, мы проанализируем долговременную космологическую эволюцию, играющей доминирующую роль в жизни Галактики. Действительно, до сих пор теоретическому описанию Галактического центра (ГЦ) не хватало необходимого реализма. Наши же численные модели будут построены в сопоставлении с актуальными наблюдательными данными (события приливного разрушения и аккреции газа, излучение гравитационных волн, сверхскоростные звезды). Комплексное описание даст нам приливного возможность понять физическую картину глобальной эволюции Галактики.
Цель проекта
Построение объединенной многокомпонентной численной модели ГЦ и сопоставление полученных на ее основе численных моделей с современными наблюдениями за центром Млечного Пути.
Ожидаемые результаты
Мы предоставим подробное динамическое моделирование системы ШЗС МП в переменном во времени внешнем приливном поле. Подробно проанализируем взаимодействие отдельных ШЗС с центральной СМЧД при приближении ШЗС на 100 пк к центру МП. Для данной выборки ШЗС мы вычислим подробную эволюцию этих систем методами прямого интегрирования задачи N-тел. Объединив на одной временной шкале все эти события, мы оценим глобальную скорость падения звезд на центральную зону ГЦ МП. Мы также проведем более глубокий анализ потери массы ШЗС (включая динамику приливных хвостов) и взаимодействия приливных остатков (аккреция звезд на СМЧД).
После этого мы используем наши предыдущие результаты в качестве начальных и граничных условий (скорость падения отдельных звезд) для моделирования внутренней (1 – 2 пк) зоны ГЦ с высоким разрешением. Эти звезды во временной шкале в несколько миллиардов лет в конечном итоге образуют наше нынешнее ЦЗС МП, каким мы его видим сегодня. Изучение формирования и распределения плотности, а также устойчивости такого скопления будет одной из наших основных задач в этой части нашего Проекта. В центре нашего внимания будет подробная результирующая история звездного населения ЦЗС (возможная сегрегация массы), включая черные дыры звездной массы и нейтронные звезды.
Мы получим историю тесных взаимодействий между звездным населением отдельных ШЗС и центральной СМЧД, включая подробное моделирование эффектов приливного разрушения (с учетом частичного приливного разрушения) отдельных звезд из ШЗС. Мы уделим особое внимание взаимодействию между центральной сверхмассивной черной дырой и населением компактных объектов ШЗС, таких как нейтронные звезды и черные дыры звездной массы.
Вот несколько примеров основных научных вопросов, которые будут решаться в рамках данного Проекта.
Поиск миллисекундных пульсаров в центре Галактики. Период пульсации этих объектов чрезвычайно мал, порядка 1/1000 секунды (отсюда и название), поэтому любое отклонение от точности периода пульсации свидетельствует о гравитационном возмущении. Таким образом, миллисекундный пульсар в непосредственной близости от СМЧД является краеугольным камнем для проверки общей теории относительности в режиме сильной гравитации. По результатам этого проекта мы предоставим данные о возможных орбитах пульсаров в Галактическом центре.
События приливного разрушения (включая частичные). На сегодняшний день теоретические оценки скорости событий приливного разрушения не соответствуют данным наблюдений. Количество зарегистрированных явлений на порядки меньше, чем предсказывает литература. В рамках Проекта, используя результаты численного моделирования эволюции галактических центров, мы сможем количественно оценить временную скорость этих событий, что должно разрешить противоречие.
Обнаружение гравитационных волн. Особый интерес представляет слияние черных дыр в газовом аккреционном диске. На основе анализа эволюционных моделей, полученных в рамках Проекта, мы дадим статистическое описание параметров черных дыр и нейтронных звезд при слияниях.
Формирование сверхскоростных звезд. Когда двойная звезда приближается к сверхмассивной черной дыре, один из двойных компонентов может быть захвачен черной дырой, что придает второму компоненту более высокую скорость. Таким образом, обнаружив такие звезды, можно оценить потенциал Галактики, измерить массу СМЧД и оценить распределение массы галактики. В рамках этого проекта будут представлены орбиты и скорость образования сверхскоростных звезд, что значительно упростит их поиск в обширном каталоге данных “Gaia”.
В свою очередь, набор данных численных моделей также будет общедоступным, что позволит проверить выводы. Более того, открытый доступ позволит другим ученым проводить дальнейшие исследования на основе имеющихся данных. Утилиты обработки данных будут опубликованы на github.com в открытом доступе. Все наши основные результаты мы опубликуем в международных астрономических журналах и представим на международных астрономических конференциях. Историю тесных взаимодействий звездного содержимого ГЦ мы представляем в специальной базе данных с доступом через веб-страницу.
