Ядерное звёздное скопление (также компактное звёздное ядро) — чрезвычайно плотная и компактная звёздная система, представляющая собой звёздное скопление, расположенное в непосредственной близости от динамического центра (центра масс) галактики. Такое скопление имеет совокупную массу от до солнечных и радиус от 3 до 65 световых лет.
Ядерные звёздные скопления обнаружены в центральных областях большинства галактик различных морфологических типов, включая Млечный Путь. Они относятся к классу центральных массивных объектов галактик наряду со сверхмассивными чёрными дырами и являются наиболее плотными из известных звёздных скоплений во Вселенной. Их изучение имеет фундаментальное значение для понимания эволюции галактик, процессов звездообразования, формирования галактических ядер и роста сверхмассивных чёрных дыр.
Общая характеристика Ядерные звёздные скопления представляют собой компактные гравитационно связанные звёздные системы, локализованные в минимуме гравитационного потенциала галактики, совпадающем с её галактическим ядром. Благодаря своему расположению они оказывают существенное влияние на динамику центральных областей галактик, распределение межзвёздного газа, процессы звездообразования и эволюцию центральных массивных объектов.
В галактиках малой и средней массы ядерные звёздные скопления нередко являются главным центральным массивным объектом; при этом в значительной части небольших галактик они не сопровождаются центральной сверхмассивной чёрной дырой. В наиболее массивных эллиптических галактиках ядерные звёздные скопления встречаются значительно реже или полностью отсутствуют. Во многих случаях ядерное звёздное скопление сосуществует со сверхмассивной чёрной дырой, причём массы обоих объектов оказываются сопоставимыми. Подобное сосуществование свидетельствует о тесной взаимосвязи процессов формирования ядерных звёздных скоплений и роста сверхмассивных чёрных дыр в ходе эволюции галактик.
Наиболее хорошо изученным примером является центральная область Млечного Пути, где одновременно располагаются массивное ядерное звёздное скопление и Стрелец A*. Наблюдения этой системы позволили установить, что оба компонента формируют единый гравитационный потенциал центральной области галактики и оказывают существенное влияние на кинематику окружающих звёзд, газовых облаков и межзвёздной среды.
В 2009 году была впервые количественно охарактеризована зависимость между массой сверхмассивной чёрной дыры и массой окружающего её ядерного звёздного скопления. В 2016 году была установлена масштабная эмпирическая зависимость между массой сверхмассивной чёрной дыры и массой ядерного звёздного скопления, которая рассматривается как одно из важнейших наблюдательных подтверждений их совместной эволюции. Данная зависимость широко используется при построении астрофизических моделей формирования галактических ядер и исследования процессов роста сверхмассивных чёрных дыр.
Полученные закономерности имеют важное значение для гравитационной астрономии, поскольку позволяют оценивать вероятность возникновения экстремальных отношений масс — процессов постепенного спирального сближения нейтронной звезды, белого карлика или чёрной дыры звёздной массы со сверхмассивной чёрной дырой. Подобные события считаются одними из наиболее перспективных источников гравитационных волн.
Формирование Механизмы формирования ядерных звёздных скоплений до конца не выяснены; согласно существующим гипотезам, выделяются четыре возможных сценария: скопления могут быть захвачены центральной чёрной дырой извне, возникать вследствие аккреции газа на некотором удалении от галактического центра, образовываться по комбинированному механизму, когда гравитационный потенциал захваченного объекта (например, ядра карликовой галактики) инициирует новое звездообразование из падающего газа вблизи центра, либо формироваться путём слияния звёздных скоплений с последующей миграцией к центру галактики под действием динамического трения о фоновые звёзды.
Свойства Ядерные звёздные скопления обнаружены у большинства галактик, центральные области которых могут быть исследованы с достаточным пространственным разрешением. Согласно современным наблюдениям, они присутствуют приблизительно у 50 % ранних спиральных галактик типов Sa—Sc, не менее чем у 75 % поздних спиральных галактик типов Scd—Sm, а также примерно у 70 % линзовидных и эллиптических галактик. Высокая распространённость ядерных звёздных скоплений свидетельствует о том, что их формирование представляет собой один из наиболее распространённых этапов эволюции галактик.
По пространственной плотности звёзд ядерные звёздные скопления являются наиболее плотными известными звёздными системами во Вселенной. Миллионы звёзд сосредоточены в объёме диаметром всего несколько парсеков, вследствие чего средняя плотность вещества значительно превышает аналогичные показатели для шаровых звёздных скоплений, рассеянных скоплений и большинства других звёздных систем. Абсолютная звёздная величина ядерных звёздных скоплений в инфракрасном диапазоне обычно составляет от −10 до −14, благодаря чему они в среднем приблизительно в 40 раз ярче типичных шаровых звёздных скоплений. Несмотря на исключительно высокую светимость, их эффективный радиус редко превышает 2—5 парсеков, что указывает на чрезвычайно высокую концентрацию звёздного населения.
По оценкам, основанным на движении звёзд внутри скопления, масса ядерных звёздных скоплений обычно находится в диапазоне от 106 до 108 масс Солнца. По этому показателю они сопоставимы с наиболее массивными шаровыми звёздными скоплениями, однако значительно превосходят их по средней плотности, светимости и степени концентрации звёзд. Столь высокая масса определяет их заметное влияние на орбитальное движение звёзд, межзвёздного газа и межзвёздной среды в центральных областях галактик.
Большинство ядерных звёздных скоплений содержит несколько звёздных популяций, существенно различающихся по возрасту и химическому составу. В их составе одновременно присутствуют древние звёзды возрастом более одного миллиарда лет и относительно молодые звёздные популяции. Во многих случаях обнаруживаются признаки звездообразования, происходившего в течение последних 100 миллионов лет, что свидетельствует о продолжающемся поступлении межзвёздного газа в центральные области галактик и повторяющихся эпизодах формирования новых звёзд.
Примечания
Категория:Звёздные скопления