Gaia обнаружила целый рой черных дыр, движущихся по Млечному пути
Пушистое скопление звезд, раскинувшееся по небу, может иметь в своем сердце тайну: рой из более чем 100 черных дыр звездной массы.
Звездное скопление, о котором идет речь, называется Паломар 5. Это звездный поток, простирающийся на 30 000 световых лет и расположенный на расстоянии около 80 000 световых лет от нас.
Подобные шаровые скопления часто считают «окаменелостями» ранней Вселенной. Они очень плотные и сферические, обычно содержат от 100 000 до 1 миллиона очень старых звезд; некоторые, например NGC 6397, почти так же стары, как сама Вселенная.
В любом шаровом скоплении все ее звезды образовались одновременно, из одного и того же облака газа. Млечный Путь имеет более 150 известных шаровых скоплений; эти объекты являются отличным инструментом для изучения, например, истории Вселенной или содержания темной материи в галактиках, вокруг которых они вращаются.
Но есть еще один тип звездной группы, который привлекает все больше внимания – приливные потоки, длинные реки звезд, тянущиеся по небу.
Раньше их было трудно идентифицировать, но благодаря данным космической обсерватории Гайя, нанесшим на карту Млечный Путь с высокой точностью в трех измерениях, больше таких потоков было обнаружено выявлено.
«Мы не знаем, как формируются эти потоки, но есть идея, что они разрушенная звезда кластеров», — объяснил астрофизик Марк Гилес 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 ним звездного скопления, поэтому мы не можем быть уверены. Итак, чтобы понять, как образовались эти потоки, нам необходимо изучить один из них и связанную с ним звездную систему. Паломар 5 — единственный случай, что делает его Розеттским камнем для понимания формирования ручьев, и именно поэтому мы изучили его подробно.»
Паломар 5 кажется уникальным, поскольку он имеет как очень широкое, рыхлое распределение звезд, так и длинный приливный поток, охватывающий более 20 градусов неба, поэтому Гилес и его команда сосредоточилась на этом.
Команда использовала детальное моделирование N-тел, чтобы воссоздать орбиты и эволюцию каждой звезды в скоплении, чтобы увидеть, как они могли оказаться там, где они находятся сегодня.
Поскольку недавние данные свидетельствуют о том, что популяции черных дыр могут существовать в центральных областях шаровых скоплений, а также поскольку известно, что гравитационное взаимодействие с черными дырами заставляет звезды улетать, ученые включили черные дыры в некоторые из своих моделей.
Их результаты показали, что популяция черных дыр звездной массы в Паломаре 5 могла привести к конфигурации, которую мы видим сегодня. Орбитальные взаимодействия выбросили бы звезды из скопления в приливный поток, но только со значительно большим количеством черных дыр, чем предполагалось.
Звезды, покидающие скопление более эффективно и охотно, чем черные дыры, изменили бы долю черных дыр, немного увеличив ее.
«Количество черных дыр примерно в три раза больше, чем ожидалось исходя из количества звезд в скоплении, а это означает, что более 20 процентов общей массы скопления составляет состоят из черных дыр», — сказал Гилес.
«Каждая из них имеет массу примерно в 20 раз массы Солнца, и они образовались в взрывы сверхновых в конце жизни массивных звезд, когда скопление было еще очень молодым.»
Моделирование команды показало, что примерно через миллиард лет скопление полностью растворится. Незадолго до того, как это произойдет, то, что останется от скопления, будет полностью состоять из черных дыр, вращающихся вокруг центра галактики. Это говорит о том, что Паломар 5 в конце концов не уникален – он полностью растворится в звездном потоке, как и другие, которые мы обнаружили.
Это также предполагает, что другие шаровые скопления, вероятно, в конечном итоге постигнет та же участь. И это подтверждает, что шаровые скопления могут быть отличным местом для поиска черных дыр, которые в конечном итоге столкнутся, а также неуловимого класса черных дыр среднего веса, между легкими звездными массами и сверхмассивными тяжеловесами.
«Считается, что большая часть слияний двойных черных дыр образуется в звездных скоплениях», — сказал астрофизик Фабио. Антонини из Кардиффского университета в Великобритании.
«Большим неизвестным в этом сценарии является то, сколько там черных дыр находятся в скоплениях, что трудно ограничить наблюдениями, поскольку мы не можем видеть черные дыры. Наш метод дает нам возможность узнать, сколько черных дыр содержится в звездном скоплении, глядя на звезды, которые они выбрасывают».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Предыдущая версия этой статьи была опубликована в июле. 2021.
