Астрономи виявили надвелику популяцію чорних дір в унікальному зоряному скупченні

Міжнародна команда астрофізиків у своїй роботі вказує, що відмінні риси зоряного кластера “Паломар 5”, скоріш за все, є результатом наявності надвеликої популяції чорних дір — понад 100 у його центрі.

Про це розповідають у Барселонському університеті.

Зоряне скупчення “Паломар 5” — унікальне. По-перше, тому, що це одне із «найпухкіших» скупчень в гало нашої галактики, де середня відстань між зірками становить кілька світлових років, що порівняно з відстанню Сонця до найближчої зорі. По-друге, з ним пов’язаний спекулярний зоряний потік, який охоплює понад 20 градусів по небу.

"Кількість чорних дір приблизно втричі більша, ніж очікувалося від кількості зірок в скупченні, і це означає, що більше 20% загальної маси скупчення складається з чорних дір. Маса кожної з них приблизно у 20 разів перевищує масу Сонця, і вони утворилися при вибухах наднових в кінці життя масивних зірок, коли скупчення було ще дуже молодим", - говорить провідний автор роботи, професор Марк Гілес з Інституту наук про космос Барселонського університету.

Робота була опублікована 5 липня у журналі Nature Astronomy.

Показано все небо в галактичних координатах. Кількість зірок вища у більш яскравих регіонах. Більша частина зображення, на якій видно площину Чумацького Шляху (0 градусів по вертикалі), отримана за допомогою даних Gaia eDR3. Маленький клаптик зверху по центру показує регіон, де доступні більш глибокі дані опитування DESI Legacy Imaging Survey (DECaLS), що дозволяє побачити кластер Паломар 5 та його припливні хвости. Зображення: M. Gieles et al./Gaia eDR3/DESI DECaLS

Приливні потоки — це потоки зірок, викинутих із зоряних скупчень або карликових галактик при їх руйнуванні. За останні кілька років в гало Чумацького Шляху було виявлено майже тридцять тонких потоків.

"Ми не знаємо, як утворюються ці потоки, але одна з ідей полягає в тому, що вони є порушеними зоряними скупченнями. Однак жоден із нещодавно виявлених потоків не має зоряного скупчення, пов'язаного з ними, тому ми не можемо бути впевнені. Отже, зрозуміти, як ці потоки утворилися, нам потрібно вивчити той, з яким пов’язана зоряна система. Паломар 5 — єдиний випадок, що робить його Розетським каменем для розуміння утворення потоків, і тому ми детально вивчили його", - пояснює Гілес.

Автори змоделювали орбіти та еволюцію кожної зорі від моменту утворення скупчення до остаточного розчинення. Вони варіювали початкові властивості скупчення, доки не була знайдена добра відповідність зі спостереженнями за потоком і скупченням.

Команда виявила, що Паломар 5 утворився з низькою часткою чорних дір, але зорі виривалися ефективніше, ніж чорні діри, так що частка чорних дір поступово збільшувалася. Чорні діри динамічно розпушували кластер через гравітаційну взаємодію із зірками — так званий ефект пращі або гравітаційний маневр, – що призвело до ще більшого виходу зірок та утворення потоку. Перед самим повним розпадом — приблизно через мільярд років — кластер буде повністю складатися з чорних дір.

"Ця робота допомогла нам зрозуміти, що, хоча пухке скупчення Паломар 5 має найяскравіші та найдовші хвости ніж будь-яке інше скупчення у Чумацькому Шляху, воно не є унікальним. Напроти, ми вважаємо, що багато подібних розпушених кластерів з домінуванням чорних дір вже розпалися у приливах Чумацького Шляху, утворивши нещодавно виявлені тонкі зоряні потоки", - каже співавтор роботи, доктор Денис Еркал з Університету Суррея.

Гілес каже: "Ми показали, що наявність великої популяції чорних дір, можливо, було характерним для всіх скупчень, що утворили потоки". Це важливо для нашого розуміння утворення кульових скупчень, початкових мас зірок та еволюції масивних зірок.

Ця робота також має важливі наслідки для гравітаційних хвиль. "Вважається, що велика частка злиттів бінарних чорних дір відбувається в зоряних скупченнях. Великою невідомістю у цьому сценарії є те, скільки чорних дір є у скупченнях, що важко визначити спостережливо, оскільки ми не можемо бачити чорні діри. Наш метод дає нам спосіб дізнатись, скільки ЧД є в зоряному скупченні, дивлячись на зорі, які вони викидають", - говорить д-р Фабіо Антоніні з Кардіффського університету, співавтор роботи.

Паломар 5 — кулясте скупчення, відкрите у 1950 році Вальтером Бааде. Воно знаходиться в сузір’ї Змії на відстані близько 80 000 світлових років від нас, і це одне із приблизно 150 кулястих скупчень, які обертаються навколо Чумацького Шляху. Його вік, як і у більшості кулястих скупчень, перевищує 10 мільярдів років, що означає, що воно утворилося в найбільш ранні фази формування галактик. Воно приблизно у 10 разів менш масивне і у п'ять разів більш протяжне, ніж типове кулясте скупчення і знаходиться на завершальній стадії розчинення.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.