Astronomowie odkryli zaskakująco wysokie stężenie czarnych dziur – ponad 100 gwiazdowych czarnych dziur – w pozostałościach starożytnej gromady gwiazd zwanej Palomar 5. Odkrycie zapewnia rzadki wgląd w chaotyczną dynamikę populacji gwiazd i dostarcza dowodów na to, że takie gromady ostatecznie rozpadają się na strumienie czarnych dziur krążących wokół Drogi Mlecznej.
Skamieniałość gromady gwiazd
Palomar 5, gromada kulista położona około 80 000 lat świetlnych od Ziemi, rozciąga się na 30 000 lat świetlnych w postaci strumienia pływowego. Gromady kuliste, takie jak Palomar 5, należą do najstarszych struktur w galaktyce, powstałych z tych samych pierwotnych obłoków gazu, co pierwsze gwiazdy. Te gęste gromady, zazwyczaj zawierające setki tysięcy lub miliony gwiazd, służą jako kapsuły czasu wczesnego Wszechświata, dostarczając informacji o historii galaktyk i rozmieszczeniu ciemnej materii.
Śledzenie strumieni gwiazd za pomocą Gai
Przez wiele lat trudno było zidentyfikować powstawanie strumieni pływowych – długich, rozległych rzek gwiazd. Jednak obserwatorium Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej wykonało mapę Drogi Mlecznej z niespotykaną dotąd precyzją, odsłaniając więcej takich struktur. Palomar 5 jest wyjątkowy pod tym względem, że przedstawia zarówno szeroki, luźny rozkład gwiazd, jak i* długi strumień pływowy obejmujący ponad 20 stopni nieba. To sprawia, że jest to kluczowy przypadek dla zrozumienia powstawania strumieni gwiazdowych.
Rola czarnych dziur w rozpadzie gromad
Korzystając ze szczegółowych symulacji komputerowych, naukowcy odkryli, że obserwowaną konfigurację Palomar 5 można wyjaśnić jedynie obecnością nieproporcjonalnie dużej liczby czarnych dziur. Oddziaływania grawitacyjne między gwiazdami i czarnymi dziurami wrzuciłyby gwiazdy do strumienia pływowego, ale tylko w przypadku liczebności czarnych dziur znacznie większej niż poprzednie szacunki.
Symulacje pokazują, że ponad 20% całkowitej masy Palomar 5 stanowią czarne dziury, każda około 20 razy masywniejsza od naszego Słońca. To wyższe niż oczekiwano stężenie oznacza, że gromada całkowicie rozpuści się w ciągu miliarda lat, pozostawiając po sobie jedynie rój czarnych dziur krążących wokół centrum galaktyki.
Konsekwencje łączenia się czarnych dziur
Odkrycie to ma istotne implikacje dla zrozumienia łączenia się podwójnych czarnych dziur, które, jak się uważa, często występują w gromadach gwiazd. Metoda zastosowana do szacowania liczby czarnych dziur w Palomar 5 – śledzenie wyrzucanych przez nie gwiazd – zapewnia nowy sposób ograniczania populacji czarnych dziur w innych gromadach.
„Jedną z wielkich niewiadomych w tym scenariuszu jest liczba czarnych dziur w gromadach… Nasza metoda pozwala nam dowiedzieć się, ile czarnych dziur znajduje się w gromadzie gwiazd, obserwując wyrzucane przez nie gwiazdy.” – Fabio Antonini, Uniwersytet w Cardiff
Wyniki sugerują również, że inne gromady kuliste prawdopodobnie spotka podobny los, ostatecznie rozpadając się na strumienie czarnych dziur. Potwierdza to pogląd, że takie gromady są doskonałymi miejscami do poszukiwania zarówno zderzeń czarnych dziur, jak i czarnych dziur o masach pośrednich, wypełniając lukę pomiędzy gwiezdnymi czarnymi dziurami i supermasywnymi czarnymi dziurami.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy potwierdza, że Wszechświat jest pełen niespodzianek, nawet w pozostałościach starożytnych gromad gwiazd.
