Астрономы обнаружили огромную популяцию черных дыр в звездном скоплении Palomar 5

Международная группа астрофизиков показала, что отличительные черты звездного скопления Palomar 5, вероятно, являются результатом огромной популяции черных дыр, более 100 из которых находятся в центре скопления.

«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 около 20 раз больше массы Солнца, и они образовались при взрывах сверхновых в конце жизни массивных звезд, когда скопление было еще очень молодым», — говорит профессор Марк Гилес из Института космических наук Университета Барселоны (ICCUB ) и ведущий автор статьи.

Звездные 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 подобных потоков.

«Мы не знаем, как формируются 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 эти «потоки образовались, нам нужно изучить один из них со связанной с ним звездной системой. Паломар 5 — единственный случай, который делает его Розеттским камнем для понимания формирования потока, и именно поэтому мы изучили его подробно», — объясняет Марк Гилес.

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

Астрономы обнаружили, 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 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 шаровое скопление Palomar 5 имеет самые яркие и длинные потоки среди всех скоплений в Млечном Пути, оно не уникально. Вместо этого мы полагаем, что многие аналогичные скопления с преобладанием черных дыр уже распались и образовали недавно обнаруженные тонкие звездные потоки», — говорит соавтор работы Денис Эркал из Университета Суррея.

«Мы показали, что наличие большой популяции черных дыр могло быть обычным явлением во всех скоплениях, которые сформировали потоки. Это важно для нашего понимания формирования шаровых скоплений, начальных масс звезд и эволюции массивных звезд. Наша работа также имеет важное значение для гравитационных волн.

-Считается, что большая часть слияний черных дыр формируется в звездных скоплениях. Большой неизвестной в этом сценарии является то, сколько черных дыр находится в скоплениях, что трудно ограничить с помощью наблюдений, потому что мы не можем видеть черные дыры. Наш метод дает нам способ узнать, сколько черных дыр находится в звездном скоплении, глядя на звезды, которые они выбрасывают», — говорят ученые.

Паломар 5 — шаровое скопление, обнаруженное в 1950 году Вальтером Бааде. Оно находится в созвездии Змеи на расстоянии около 80 000 световых лет от Земли и является одним из примерно 150 шаровых скоплений, вращающихся вокруг Млечного Пути.

Оно старше 10 миллиардов лет, как и большинство других шаровых скоплений, что означает, что оно образовалось на самых ранних этапах формирования галактик. Оно примерно в 10 раз менее массивно и в пять раз протяженнее, чем типичное шаровое скопление и находится на последних стадиях растворения.

Скопление испытывает разрушительное влияние притяжения Млечного Пути: многие звёзды покидают скопление, образуя звёздный поток. Он обладает массой 5000 масс Солнца и длиной 30 000 световых лет.

A supra-massive population of stellar-mass black holes in the globular cluster Palomar 5, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01392-2