Паломар 5 в фокусе: в этом звездном скоплении обнаружено большое количество черных дыр

Международная группа астрофизиков во главе с Барселонским университетом сосредоточила свои исследования на уникальном шаровом звездном скоплении – Паломар 5. Отличительные особенности Паломара 5, вероятно, являются результатом того, что огромная популяция черных дыр – более 100 человек. из них в центре кластера.

Паломар 5, расположенный в созвездии Змеи на расстоянии около 80 000 световых лет, был открыт в 1950 году Вальтером Бааде. Это одно из примерно 150 шаровых скоплений, вращающихся вокруг Млечного Пути.

Млечный Путь – сделанный Стефаном Гизаром, инженером ESO и всемирно известным астрофотографом, из Серро Параналя, где находится Очень Большой Телескоп ESO, это изображение напрямую связано с качеством неба Паранала, одним из лучших на планете. 

«Количество черных дыр примерно в три раза больше, чем ожидалось, исходя из количества звезд в скоплении, и это означает, что более 20% общей массы скопления составляют черные дыры. Каждая из них имеет массу примерно в 20 раз больше массы Солнца, и они образовались в результате взрыва сверхновых в конце жизни массивных звезд, когда скопление было еще очень молодым », – говорит профессор Марк Гилес из Института космических наук. Барселонского университета (ICCUB) и ведущий автор статьи.

Приливные потоки – это потоки звезд, которые были выброшены из разрушившихся звездных скоплений или карликовых галактик. За последние несколько лет в гало Млечного Пути было обнаружено около тридцати тонких струй.

«Мы не знаем, как образуются эти потоки, но одна идея состоит в том, что они представляют собой разрушенные звездные скопления. Однако ни один из недавно обнаруженных потоков не имеет связанного с ними звездного скопления, поэтому мы не можем быть уверены. Итак, чтобы понять, как образовались эти потоки, нам нужно изучить один со связанной с ним звездной системой. Palomar 5 – единственный случай, который делает его Розеттским камнем для понимания формирования ручьев, поэтому мы подробно изучили его », – объясняет Гилес.

Авторы моделируют орбиты и эволюцию каждой звезды от формирования скопления до его окончательного растворения. Они меняли исходные свойства кластера до тех пор, пока не было найдено хорошее совпадение с данными наблюдений за потоком и кластером.

Команда обнаружила, что Palomar 5 сформировался с более низкой долей черных дыр, но звезды улетали более эффективно, чем черные дыры, так что доля черных дыр постепенно увеличивалась. Черные дыры динамически раздували скопление в гравитационном взаимодействии с рогаткой со звездами, что привело к еще большему количеству убегающих звезд и образованию потока. Незадолго до полного растворения – примерно через миллиард лет – скопление будет полностью состоять из черных дыр.

«Эта работа помогла нам понять, что даже несмотря на то, что пушистое скопление Palomar 5 имеет самые яркие и длинные хвосты среди всех скоплений в Млечном Пути, оно не уникально. Вместо этого мы полагаем, что многие аналогично надутые скопления, в которых доминируют черные дыры, уже распались в приливах Млечного Пути, образовав недавно обнаруженные тонкие звездные потоки », – говорит соавтор доктор Денис Эркал из Университета Суррея.

«Мы показали, что наличие большой популяции черных дыр могло быть обычным явлением во всех скоплениях, которые сформировали потоки», – говорит Гилес.

Это важно для нашего понимания формирования шаровых скоплений, начальных масс звезд и эволюции массивных звезд. Эта работа также имеет важное значение для гравитационных волн.

«Считается, что большая часть двойных слияний черных дыр образуется в звездных скоплениях. Большой неизвестный в этом сценарии – это количество черных дыр в скоплениях, что трудно ограничить с помощью наблюдений, потому что мы не можем видеть черные дыры. Наш метод дает нам возможность узнать, сколько ЧД находится в звездном скоплении, глядя на звезды, которые они выбрасывают », – говорит доктор Фабио Антонини из Кардиффского университета, соавтор статьи.

Старше 10 миллиардов лет (как и большинство других шаровых скоплений) оно сформировалось на самых ранних этапах формирования галактик. Он примерно в 10 раз менее массивен и в пять раз протяженнее, чем типичное шаровое скопление и находится на последних стадиях растворения.