Astronomowie odkryli ogromną liczbę czarnych dziur w „cienkiej” gromadzie gwiazd w naszej galaktyce

To artystyczna wizja koncentracji czarnych dziur. Źródło: ESA/Hubble, N. Bartmann

Palomar 5 to wyjątkowa gromada gwiazd. Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że jest to jedna z „subtelniejszych” gromad w halo naszej galaktyki, gdzie średnia odległość między gwiazdami wynosi kilka lat świetlnych, w porównaniu z odległością od Słońca do najbliższej gwiazdy. Po drugie, wiąże się z nim gwiezdny strumień, który rozciąga się na ponad 20 stopni na niebie. W pracy naukowej opublikowanej 5 lipca 2021 r. w: astronomia naturalna, międzynarodowy zespół astronomów i astrofizyków kierowany przez Uniwersytet w Barcelonie wykazał, że obie charakterystyczne cechy Palomar 5 są prawdopodobnie wynikiem ogromnej populacji czarnych dziur z ponad 100 czarnymi dziurami w centrum gromady.

Liczba czarnych dziur jest około trzy razy większa niż można by się spodziewać niż liczba gwiazd w gromadzie, co oznacza, że ​​ponad 20% całkowitej masy gromady składa się z czarnych dziur. Każda z nich ma masę około 20 razy większą od masy Słońca i powstała w wybuchach supernowych pod koniec życia masywnych gwiazd, kiedy masa była jeszcze bardzo mała, mówi profesor Mark Gillis z Instytutu Kosmologii Uniwersytetu w Barcelonie ( ICCUB) i główny autor artykułu.

Powyżej widok całego nieba we współrzędnych galaktycznych. Liczba gwiazd jest wyższa w najjaśniejszych regionach. Większość obrazu, na którym widoczna jest płaszczyzna Drogi Mlecznej (b = 0°), została wykonana przy użyciu danych Gaia eDR3. Mała plamka w górnej środkowej części pokazuje region, w którym dostępne są głębsze dane DESI Degenerative Imaging Survey (DECaLS), co pozwala zobaczyć Palomar 5 i jego ogony pływowe. Źródło: M. Gieles et al./Gaia eDR3/DESI DECaLS

Prądy pływowe to strumienie gwiazd wyrzucanych z gromad gwiazd lub galaktyk karłowatych. W ciągu ostatnich kilku lat w halo Drogi Mlecznej wykryto prawie trzydzieści cienkich strumieni. „Nie wiemy, jak powstają te strumienie, ale jednym z pomysłów jest to, że są to rozerwane gromady gwiazd. Jednak żaden z niedawno odkrytych strumieni nie ma powiązanej z nimi gromady gwiazd, więc nie możemy być pewni. jak powstają te strumienie, musimy zbadać jeden z powiązanym z nim układem gwiezdnym.Palomar 5 jest jedynym przypadkiem, który czyni go kamieniem z Rosetty do zrozumienia powstawania strumieni i dlatego zbadaliśmy go szczegółowo” – wyjaśnia Gieles.

Autorzy symulują orbity i ewolucję każdej gwiazdy od formowania się gromady do jej ostatecznego rozpadu. Zmieniali początkową charakterystykę grupy, aż do znalezienia dobrego dopasowania z obserwacjami bieżącymi i grupowymi. Zespół odkrył, że Palomar 5 uformował się ze zmniejszoną zawartością czarnej dziury, ale gwiazdy skuteczniej uciekały z czarnych dziur, dzięki czemu udział czarnych dziur stopniowo się zwiększał. Czarne dziury dynamicznie rozsadzały masę w swoich grawitacyjnych interakcjach procy z gwiazdami, co skutkuje większą liczbą uciekających gwiazd i tworzeniem się strumieni. Zanim całkowicie się roztopi – mniej więcej za miliard lat – gromada będzie składać się wyłącznie z czarnych dziur.

Badacz ICCUB Mark Gillis. Źródło: ICCUB

Gieles zauważa, że ​​w tym artykule „wykazaliśmy, że obecność dużej liczby czarnych dziur może być wspólna dla wszystkich grup, które utworzyły prądy”. Jest to ważne dla naszego zrozumienia formowania się gromad kulistych, początkowych mas gwiazd i ewolucji masywnych gwiazd. Ta praca ma również ważne implikacje dla fal grawitacyjnych.

Symulacje pokazują powstawanie prądów pływowych dla grupy Palomar 5 oraz rozmieszczenie czarnych dziur. Gwiazdy są pokazane w żółtych i czarnych dziurach w kolorze czarnym.

Palomar 5 to gromada kulista odkryta przez Waltera Bade w 1950 roku. Znajduje się w konstelacji Serpens w odległości około 65 000 lat świetlnych i jest jedną z około 150 gromad kulistych krążących wokół Drogi Mlecznej. Ma ponad 10 miliardów lat, jak większość innych gromad kulistych, co oznacza, że ​​powstała we wczesnych stadiach formowania się galaktyki. Jest około 10 razy mniej masywna i 5 razy bardziej rozciągnięta niż typowa masa kulista oraz w końcowych stadiach rozpuszczania.

Odniesienie: „Masywne skupisko czarnych dziur o masie gwiazdowej w kulistej Palomar 5” autorstwa Marka Gillisa, Dennisa Ercala, Fabio Antoniniego, Eduardo Balbinota i Jorge Benarubia, 5 lipca 2021 r. astronomia naturalna.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01392-2