Обнаружен 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.

Такие 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 звезды образовались одновременно, из одного и того же облака газа. Млечный Путь имеет около 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 другой тип звездных групп, который привлекает все больше внимания – приливные потоки. , длинные реки звезд, протянувшиеся по небу.

Раньше их было трудно идентифицировать, но теперь, когда космическая обсерватория Гайя работает над составлением карты Млечного Пути с высокой точностью в трех измерениях, таких потоков стало больше были обнаружены.

«Мы не знаем, как формируются эти потоки, но одна из предположений состоит в том, что они представляют собой разрушенные звездные скопления», — объяснил астрофизик Марк Гилес из Университета Барселоны в Испании в 2021 году, когда исследователи впервые объявил об открытии.

«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 звездной системой, связанной с ним, Паломар 5 является единственным случаем, что делает его Розеттским камнем для понимания формирования потоков, 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 сосредоточились 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 поскольку известно, что гравитационные взаимодействия с черными дырами отбрасывают звезды, ученые включили черные дыры в некоторые из своих моделей.

Их результаты показали, что популяция черных дыр звездной массы в Паломаре 5 может привели к конфигурации, которую мы видим сегодня. Орбитальные взаимодействия вытолкнули бы звезды из скопления в приливный поток, но только со значительно большим количеством черных дыр, чем предполагалось.

Звезды покидают скопление более эффективно и легко, чем черные дыры. изменили долю черных дыр, значительно увеличив ее.

«Число 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 составляют черные дыры», — сказал Гилес.

«Каждая из них имеет массу примерно в 20 раз больше массы 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 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 открыли.

Это также предполагает, что другие шаровые скопления, вероятно, разделят ту же судьбу, в конце концов. 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.

«Это так. считал, 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 черных дыр находится в скоплениях». , которую трудно ограничить наблюдениями, потому что мы не можем видеть черные дыры. Наш метод дает нам возможность узнать, сколько черных дыр есть 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 года.