Stjerneklynge overkjørt med sorte hull kan oppløses i verdensrommet, finner studier

Denne himmelen fra Melkeveisgalaksen viser kulehopen Palomar 5 og dens tidevannshaler i det øverste sentrum. (Bildekreditt: Eduardo Balbinot/U. I Groningen/GAIA-eDR3/DECaLS-DESI)

En klynge sammensatt av tusenvis av stjerner kan oppløse seg for å bli en mobb av dusinvis av sorte hull om en milliard år, finner en ny studie.

Denne mørke skjebnen kan oppstå fra handlingene til noen få sorte hull som for øyeblikket kan ligge innenfor stjerneklyngen, og funnet kan kaste lys over fremtiden for dusinvis av lignende klynger i Melkeveien , sier forskere.

Forskere analyserte kuleklynger, som er tettpakket samling av gamle stjerner. De er omtrent sfæriske i form og kan inneholde opptil millioner av stjerner. Melkeveien har mer enn 150 kuleklynger arrangert i en nesten sfærisk glorie rundt galaksen.

I slekt: Forskere finner klump med sorte hull inne i hjertet av kuleklyngen (video)

Forskerne fokuserte på Palomar 5, en kuleklynge som var omtrent 11,5 milliarder år gammel lokalisert i Melkeveiens glorie , omtrent 65 000 lysår fra Jorden i Serpens-stjernebildet.

Palomar 5 er en av de sparsomt kjente kuleklyngene. Mens den gjennomsnittlige kuleklyngen er omtrent 200 000 ganger massen av solen og rundt 20 lysår i diameter, er Palomar 5 omtrent 10.000 ganger solens masse, men omtrent 130 lysår på tvers, totalt sett gjør den omtrent 3000 ganger mindre tett enn gjennomsnittet, studerer hovedforfatter Mark Gieles, en astrofysiker ved universitetet til Barcelona i Spania, fortalte guesswhozoo.com.

Samtidig er Palomar 5 kjent for to lange haler som strømmer fra den, sammensatt av stjerner kuleklyngen har kastet. Disse spektakulære halene strekker seg over mer enn 22 800 lysår-mer enn 20 grader over himmelen, eller omtrent 40 ganger den tilsynelatende diameteren på fullmånen. Palomar 5 er en av få kjente stjerneklynger med så lange haler, noe som gjør det viktig å forstå hvordan slike haler kan danne seg.

Tidligere forskning antydet at halene til Palomar 5 var resultatet av hvordan Melkeveien makulerte kulehopen. Galaksens tyngdekraft er sterkere på den ene siden av Palomar 5 enn den andre, og river den fra hverandre - en ekstrem versjon av hvordan månens gravitasjonskraft forårsaker tidevann på jorden. Denne såkalte 'tidevannsstripping' kan hjelpe ikke bare med å forklare Palomar 5s haler, men også et par dusin smale stjernestrømmer som nylig ble oppdaget i Melkeveiens glorie.

'Jeg ser på Palomar 5 som en Rosetta -stein som lar oss forstå strømdannelse og lære om forfedre til bekker,' sa Gieles.

Forskere hadde antydet at Palomar 5 dannet med lav tetthet, noe som gjorde det enkelt for tidevannsstripping å rive den fra hverandre og danne haler. En rekke av stjernens egenskaper tyder imidlertid på at den en gang var lik tettere kulehoper.

Nå antyder Gieles og hans kolleger at Palomar 5 faktisk en gang kan ha vært mye tettere enn det er nå, og at den nåværende sparsomme naturen og de lange halene kan skyldes at mer enn 100 sorte hull lurer inne i den.

Forskerne simulerte banene og utviklingen av hver stjerne i Palomar 5 til kulehopen til slutt gikk i oppløsning. De varierte de opprinnelige egenskapene til den simulerte klyngen til de fant gode samsvar med faktiske observasjoner av klyngen og dens haler.

Forskerne oppdaget Palomar 5s struktur og haler kan ha skyldes at sorte hull utgjorde omtrent 20% av massen til kuleklyngen. Spesielt foreslår de at Palomar 5 for tiden kan ha 124 sorte hull, hver i gjennomsnitt omtrent 17,2 ganger solens masse. Til sammen er dette tre ganger flere sorte hull enn man i dag kan forvente av en kuleklynge av den massen, sa Gieles.

I dette scenariet, Palomar 5, som typiske kulehoper, dannet med sorte hull som består av bare en liten prosent av massen. Imidlertid er tyngdekraften av de sorte hullene slengte seg rundt stjerner som kom i nærheten av dem, pustet opp klyngen og gjorde det lettere for Melkeveiens tyngdekraft å rive stjerner vekk. Om en milliard år regnet de ut at Palomar 5 kan ha kastet ut alle stjernene og etterlatt seg bare sorte hull.

Gieles og hans kolleger antyder at gravitasjonsinteraksjoner i tette kuleklynger kan drive dem til å kaste ut de fleste sorte hullene. Som sådan kan tette kuleklynger beholde de fleste stjernene sine. I kontrast fant forskerne at kuleklynger som starter mindre tette, for eksempel Palomar 5, kan kaste ut færre sorte hull og i stedet kaste de fleste stjernene sine. Som sådan kan sorte hull komme til å dominere slike kuleklynger fullstendig, og utgjør 100% av massen.

'Jeg er mest begeistret for endelig å forstå hvorfor noen klynger er store og andre små,' sa Gieles. 'Mange antok ganske enkelt at dette var et resultat av forskjellige formasjonskanaler - det vil si naturen. Vi viste at forskjellen i utseende skyldes evolusjon - det vil si pleie. '

'Fordi Palomar 5 har flere særegne trekk som også finnes i alle andre tette klynger, kan vi forene disse funnene og anta at Palomar 5 sannsynligvis har dannet seg på samme måte som alle de andre klyngene,' la Gieles til.

Forskerne fant at når det gjelder kuleklynger i den ytre glorie av Melkeveien - det vil si de lenger fra det galaktiske sentrum enn solen - 'omtrent halvparten av klyngene ser ut til å være sammenlignbare med Palomar 5 og den andre halvdelen er tettere,' sa Gieles. Halvparten som ligner på Palomar 5 kan oppleve en lignende svarthull-dominert skjebne, sa forskerne.

Gieles advarte om at de var i stand til å utforme en modell av Palomar 5 som ikke hadde sorte hull og ikke var tett ved dannelsen, men som også passet alle detaljene astronomer har sett om den. Likevel sa han at det bare var 0,5% sjanse for at Palomar 5 kunne ha dannet seg på denne måten.

'Ingen svart hull' -modellen er svært usannsynlig i naturen, og løser ikke problemet med at Palomar 5 har egenskaper som ligner på andre tette klynger, 'sa Gieles.

Disse funnene kan bidra til å belyse de 10% av Melkeveiens kuleklynger som er myke som Palomar 5, som er mindre enn 100 000 ganger solens masse, men mer enn 65 lysår i diameter. Forskerne foreslår at disse myke kuleklyngene er rike på sorte hull og til slutt kan oppløses fullstendig, noe som resulterer i mange tynne stjernestrømmer.

Fremtidig forskning kan analysere Palomar 5 for å lære mer om de sorte hullene, sa Gieles.

Forskerne detaljerte funnene deres online 5. juli i tidsskriftet Nature Astronomy.

Opprinnelig publisert på guesswhozoo.com.