Команда ученых представляет результаты своей работы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

БМО, которое находится на расстоянии 160 000 световых лет от Земли, является третьим по удаленности спутником галактики Млечный Путь и содержит приблизительно 10 миллиардов звезд. В БМО есть много областей звездообразования, но самой активной безусловно является туманность Тарантула (30 Doradus, 30 Dor) диаметром в 1000 световых лет, где были найдены эти четыре сверхмассивные звезды.

Туманность Тарантула является очень плодородной почвой для образования новых звезд в БМО. Около центра 30 Dor находится R136 – безусловно, самый яркий инкубатор звезд не только в БМО, но и во всей «Локальной группе», которая состоит больше чем из 50 галактик (включая нашу). Это скопление является местонахождением загадочных сверхмассивных звезд.

До открытия этих объектов в 2010 году наблюдения за Млечным Путем и другими галактиками показывали, что верхний предел массы звезд, сформированных в современной вселенной, находится на отметке в 150 раз больше массы Солнца. Эта величина являлась универсальным пределом и применялась везде, где формировались звезды.

«Не только верхний предел массы, но и вся масса компонентов любого новорожденного скопления звезд является идентичной независимо от места рождения звезды, - говорит профессор Павел Крупа из университета Бонна, соавтор нового исследования. - Процесс рождения звезд казался универсальным».

Недавно обнаруженные четыре сверхярких сверхмассивных звезды в скоплении R136 являются исключением из этого общепризнанного предела. Их открытие означает, что зарождение звезд в районе 30 Dor происходит совсем другим способом, чем во всей остальной вселенной. Если это правда, то она противоречила бы универсальному характеру процесса формирования звезд, который является фундаментальной предпосылкой современной астрономии.

Группа ученых из Бонна, куда входит ведущий исследователь доктор Сэмбаран Бэнерджи и член команды Сеунгкюнг Ох, смоделировала взаимодействия между звездами в скоплении, подобном R136. Компьютерная симуляция создавала модель звездного скопления звезда за звездой, чтобы как можно ближе приблизиться к условиям реального скопления, создав группу из более чем 170 000 звезд, которые находятся близко друг от друга. Вначале Сеунгкюнг убедился, что все звезды были нормальной массы и распределялись предсказуемым образом.

Чтобы вычислить, как эта относительно базовая система изменяется в течение долгого времени, модель должна была многократно решить 510 000 уравнений. Моделирование было осложнено эффектом ядерных реакций, в результате которых каждая звезда выделяет энергию, а также последствиями случайных столкновений звезд, которые не являются редкостью в такой плотно заполненной среде.

Эти очень интенсивные, отдельные для каждой звезды вычисления, известны как «прямое моделирование N-тел», являются самым надежным и точным способом моделирования скоплений звезд. Боннские исследователи использовали интеграционный код N-тела «NBODY6», разработанный главным образом Сверром Аарсетом из Института астрономии в Кембридже. Они использовали беспрецедентное аппаратное ускорение с помощью игровых видеокарт, установленных в обычных автоматизированных рабочих станциях, чтобы увеличить скорость своих вычислений.

«Со всеми этими компонентами наши модели для R136 - самые трудные и интенсивные расчеты N-тел из когда-либо производимых», - говорят Крупа и Ох.

«Как только были сделаны эти вычисления, стало ясно, что сверхмассивные звезды не являются загадкой, - добавляет Сэмбаран. - Они начинают появляться очень рано в жизни звездного скопления. С таким количеством массивных звезд, которые находятся в плотных бинарных системах, в которых тела сами по себе находятся близко друг от друга, происходят случайные столкновения, некоторые из которых приводят к тому, что две звезды объединяются в более тяжелые объекты. Образующиеся звезды могут вполне оказаться такими же сверхмассивными, как те, что были обнаружены в R136. Представьте себе две большие звезды, которые находятся близко друг от друга, но этот дуэт разделен гравитационным воздействием соседних звезд. Если их изначально круглая орбита достаточным образом вытягивается, то звезды врезаются друг в друга и создают одну сверхмассивную звезду».

«Несмотря на то, что столкновение двух очень массивных звезд связано с очень сложными физическими процессами, мы все же считаем это довольно убедительным объяснением возникновения звезд-гигантов, обнаруженных в Тарантуле», - говорит Бэнерджи.

«Это позволяет нам расслабиться, - объяснил Крупа. - Поскольку столкновения означают, что сверхмассивные звезды намного легче объяснить. Универсальность формирования звезд, в конце концов, преобладает».