Астрономы обнаружили огромную популяцию черных дыр в звездном скоплении Palomar 5

В статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, международная группа астрофизиков во главе с Барселонским университетом показывает, что отличительные особенности Palomar 5 являются результатом чрезмерной популяции черных дыр, более 100 из которых находятся в центре скопления.

«Количество черных дыр примерно в 3 раза больше, чем ожидалось, исходя из количества звезд в скоплении, соответственно более 20% общей массы скопления составляют черные дыры. Каждая из них массой 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.

Приливные потоки - это потоки звезд, выброшенных 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 формируются эти потоки, но одна идея состоит в том, что они представляют собой разрушенные звездные скопления. Но ни один из недавно обнаруженных потоков не имеет связанного с ними звездного скопления, поэтому уверенно подтвердить это не можем. Чтобы понять, как потоки образовались, нужно изучить один из них со связанной с ним звездной системой. Palomar 5 - единственный случай, который делает его «розеттским камнем» для понимания формирования потока, и именно поэтому мы изучили его подробно», - объясняет Гилес.

Авторы моделировали орбиты и эволюцию каждой звезды от образования скопления до его окончательного растворения. Они меняли начальные 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 во время гравитационного взаимодействия 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 понять, что даже несмотря на то, что у скопления Palomar 5 самые яркие и длинные хвосты среди всех скоплений в Млечном Пути, оно не уникально. Вместо этого мы полагаем, что многие аналогично надутые скопления с преобладанием черных дыр уже распались в приливах Млечного Пути и образовали недавно обнаруженные тонкие звездные потоки», - говорит соавтор Денис Эркал из Университета Суррея.

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

«Считается, что большая часть слияний бинарных черных дыр образуется в звездных скоплениях. Большой проблемой 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», - говорит Фабио Антонини из Кардиффского университета, соавтор статьи.

Palomar 5 - шаровое скопление, обнаруженное в 1950 году Вальтером Бааде. Оно находится в созвездии Змеи на расстоянии около 80 000 световых лет и является одним из примерно 150 шаровых скоплений, вращающихся вокруг Млечного Пути. Оно старше 10 миллиардов лет, как и большинство других шаровых скоплений, образовалось на самых ранних этапах формирования галактик. Оно примерно в 10 раз менее массивное и в 5 раз протяженнее, чем типичное шаровое скопление и находится на последних стадиях растворения.