Astronomen hebben een verrassend dichte concentratie van zwarte gaten ontdekt – meer dan honderd zwarte gaten met een stellaire massa – die zich verplaatsen binnen de overblijfselen van een oude sterrenhoop genaamd Palomar 5. Deze ontdekking biedt een zeldzaam inzicht in de chaotische dynamiek van sterrenpopulaties en levert bewijs dat dergelijke clusters uiteindelijk kunnen oplossen in stromen van zwarte gaten die rond de Melkweg draaien.
Het fossiel van een sterrenhoop
Palomar 5, een bolvormige sterrenhoop die zich ongeveer 80.000 lichtjaar van de aarde bevindt, strekt zich als een getijdenstroom uit over een ruimte van 30.000 lichtjaar. Bolvormige sterrenhopen zoals Palomar 5 behoren tot de oudste structuren in de Melkweg en zijn gevormd uit dezelfde oorspronkelijke gaswolken als de vroegste sterren. Deze dichte verzamelingen, die doorgaans honderdduizenden tot miljoenen sterren bevatten, fungeren als tijdcapsules van het vroege heelal en bieden inzicht in de galactische geschiedenis en de distributie van donkere materie.
Stellaire stromen volgen met Gaia
Jarenlang was het moeilijk om de vorming van getijdenstromen – lange, voortslepende rivieren van sterren – te identificeren. Het Gaia-observatorium van de European Space Agency heeft de Melkweg echter met ongekende precisie in kaart gebracht, waardoor meer van deze structuren aan het licht zijn gekomen. Palomar 5 is uniek omdat het zowel een brede, losse sterrenverdeling en een lange getijdenstroom is die meer dan 20 graden van de hemel omspant. Dit maakt het een cruciale case study om te begrijpen hoe sterrenstromen ontstaan.
De rol van zwarte gaten bij clusterverstoring
Met behulp van gedetailleerde computersimulaties ontdekten onderzoekers dat de waargenomen configuratie van Palomar 5 alleen kon worden verklaard door de aanwezigheid van een onevenredig groot aantal zwarte gaten. De zwaartekrachtsinteracties tussen sterren en zwarte gaten zouden sterren in de getijdenstroom hebben geslingerd, maar alleen met een overvloed aan zwarte gaten die eerdere schattingen ver overtrof.
De simulaties suggereren dat meer dan 20% van de totale massa van Palomar 5 bestaat uit zwarte gaten, elk ongeveer 20 keer de massa van onze zon. Deze hoger dan verwachte concentratie houdt in dat de cluster binnen een miljard jaar volledig zal oplossen, waardoor alleen een zwerm zwarte gaten in een baan rond het galactische centrum achterblijft.
Gevolgen voor Black Hole-fusies
Deze ontdekking heeft aanzienlijke implicaties voor het begrijpen van de fusies van binaire zwarte gaten, waarvan wordt aangenomen dat ze vaak voorkomen in sterrenhopen. De methode die wordt gebruikt om het aantal zwarte gaten in Palomar 5 te schatten – door de sterren te volgen die ze uitwerpen – biedt een nieuwe manier om de populaties van zwarte gaten in andere clusters te beperken.
“Een grote onbekende in dit scenario is hoeveel zwarte gaten er in clusters zijn… Onze methode geeft ons een manier om te leren hoeveel zwarte gaten er in een sterrenhoop zijn, door te kijken naar de sterren die ze uitstoten.” – Fabio Antonini, Universiteit van Cardiff
De bevindingen suggereren ook dat andere bolvormige sterrenhopen waarschijnlijk een soortgelijk lot zullen volgen en uiteindelijk zullen oplossen in stromen van zwarte gaten. Dit versterkt het idee dat dergelijke clusters uitstekende plekken zijn om te zoeken naar botsingen tussen zwarte gaten en zwarte gaten met een gemiddelde massa, waarmee de kloof tussen stellaire en superzware zwarte gaten wordt overbrugd.
Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Astronomy, bevestigt dat het universum vol verrassingen zit, zelfs binnen de overblijfselen van oude sterrenhopen.
