В сердце пушистого скопления звезд, рассыпанного по небу, может скрываться тайна: рой из более чем 100 черных дыр звездной массы.
Рассматриваемое звездное скопление называется Palomar 5. Это звездный поток, простирающийся на 30 000 световых лет и расположенный на расстоянии около 80 000 световых лет от нас.
Такие шаровые скопления часто считаются «окаменелостями» ранней Вселенной. Они очень плотные и сферические, обычно содержат примерно от 100 000 до 1 миллиона очень старых звезд; некоторые, как NGC 6397, почти такие же старые, как и сама Вселенная.
В любом шаровом скоплении все его звезды образовались в одно и то же время из одного и того же облака газа. В Млечном Пути известно более 150 шаровых скоплений; эти объекты являются прекрасными инструментами для изучения, например, истории Вселенной или содержания темной материи в галактиках, вокруг которых они вращаются.
Но есть еще один тип звездных групп, который привлекает все больше внимания — приливные потоки, длинные реки звезд, тянущиеся по небу.
Раньше их было трудно идентифицировать, но благодаря данным космической обсерватории Gaia, которая с высокой точностью составила карту Млечного Пути в трех измерениях, удалось обнаружить больше таких потоков.
«Мы не знаем, как образуются эти потоки, но одна из идей заключается в том, что они представляют собой разрушенные звездные скопления», — объяснил астрофизик Марк Джилес из Университета Барселоны в Испании в 2021 году, когда исследователи впервые объявили об открытии. «Однако ни один из недавно обнаруженных потоков не имеет связанного с ними звездного скопления, поэтому мы не можем быть уверены. Поэтому, чтобы понять, как образовались эти потоки, нам нужно изучить один из них вместе со связанной с ним звездной системой. Palomar 5 — единственный случай, что делает его Розеттским камнем для понимания формирования потоков, и именно поэтому мы изучили его подробно».
Palomar 5, по-видимому, уникален тем, что имеет как очень широкое, неравномерное распределение звезд, так и длинный приливной поток, охватывающий более 20 градусов неба, поэтому Джайлс и его команда сосредоточились на нем.
Команда использовала детальное моделирование N-тел, чтобы воссоздать орбиты и эволюцию каждой звезды в скоплении, чтобы увидеть, как они могли оказаться там, где находятся сегодня.
Поскольку последние данные свидетельствуют о том, что популяции черных дыр могут существовать в центральных областях шаровых скоплений, и поскольку известно, что гравитационное взаимодействие с черными дырами заставляет звезды разлетаться в разные стороны , ученые включили черные дыры в некоторые из своих симуляций.
Их результаты показали, что популяция черных дыр звездной массы внутри Palomar 5 могла бы привести к конфигурации, которую мы видим сегодня. Орбитальные взаимодействия могли бы выбросить звезды из скопления в приливной поток, но только со значительно большим количеством черных дыр, чем предсказывалось.
Звезды, покидающие скопление более эффективно и легко, чем черные дыры, могли изменить долю черных дыр, значительно увеличив ее.
«Число черных дыр примерно в три раза больше, чем ожидалось, исходя из числа звезд в скоплении, и это означает, что более 20 процентов общей массы скопления составляют черные дыры», — сказал Джилес. «Каждая из них имеет массу, примерно в 20 раз превышающую массу Солнца, и они образовались в результате взрывов сверхновых в конце жизни массивных звезд, когда скопление было еще очень молодым».
Примерно через миллиард лет, как показало моделирование команды, скопление полностью распадется. Непосредственно перед тем, как это произойдет, то, что останется от скопления, будет состоять исключительно из черных дыр, вращающихся вокруг галактического центра. Это говорит о том, что Palomar 5 не является уникальным, в конце концов — он полностью распадется в звездный поток, как и другие, которые мы обнаружили.
Это также предполагает, что другие шаровые скопления, вероятно, разделят ту же судьбу, в конечном итоге. И это подтверждает, что шаровые скопления могут быть отличными местами для поиска черных дыр, которые в конечном итоге столкнутся, а также неуловимого класса черных дыр средней массы, между легковесами звездной массы и сверхмассивными тяжеловесами.
«Считается, что значительная часть слияний двойных черных дыр происходит в звездных скоплениях», — сказал астрофизик Фабио Антонини из Кардиффского университета в Великобритании. «Большой неизвестностью в этом сценарии является количество черных дыр в скоплениях, что трудно ограничить с помощью наблюдений, поскольку мы не можем видеть черные дыры. Наш метод дает нам возможность узнать, сколько черных дыр в звездном скоплении, наблюдая за звездами, которые они выбрасывают».
Оригинал статьи можно прочитать здесь.
Больше информации о самых интересных научных открытиях и удивительных исторических фактах читайте на нашем сайте «Совятня».
Интересные новости, советы по здоровью, ответы на популярные вопросы и цитаты великих ученых ищите в Telegram.
