Сто черных дыр Паломар 5 отстреливаются звездами

Шаровое скопление Паломар 5, расположенное близ Млечного Пути, имеет целый ряд уникальных характеристик. Наибольшую известность Паломар 5 принесли его впечатляющие "звездные хвосты", отличающие его от других шаровых скоплений.

Напомним, что звездные скопления, которые ученые называют шаровыми, имеют сферическую форму. Этим они отличаются от рассеянных звездных скоплений.

Шаровые скопления состоят из большого числа звёзд. Светила тесно упакованы внутри похожей на шар области космоса и удерживаются вместе силами притяжения. По мере продвижения к центру скопления концентрация звезд внутри него растёт.

Любое шаровое скопление вращается вокруг центра галактики, в которой оно располагается, словно Луна вокруг Земли.

Как мы уже сказали, наибольшую известность Паломар 5 принесли его впечатляющие "звездные хвосты". Дело в том, что это шаровое скопление испытывает разрушительное влияние Млечного Пути. Многие звёзды под действием гравитации нашей галактики покидают скопление, образуя звёздный поток.

Данный поток из приблизительно 30 нитей обладает массой 5 000 масс Солнца, и протянулся он на 30 тысяч световых лет.

Небесный склон в галактических координатах. Яркие части соответствуют большему скоплению звезд.
Изображение ICCUB.

Недавно международная группа астрофизиков выяснила, что за их исход из шарового скопления Паломар 5 могут отвечать порядка сотни черных дыр, расположенных внутри этого гигантского космического шарика.

Свои выводы ученые опубликовали в научном журнале Nature Astronomy.

"[Обнаруженное нами] количество черных дыр примерно в три раза больше, чем ожидалось согласно расчетам, базирующимся на количестве звезд в скоплении. Это означает, что более 20% общей массы скопления приходится на черные дыры. Каждая из них имеет массу примерно в 20 раз больше массы Солнца. Они образовались при взрывах сверхновых в конце жизни массивных звезд, когда скопление было еще очень молодым", – поясняет профессор Марк Гилес (Mark Gieles) из Института космических наук Барселонского университета, ведущий автор статьи.

Физики поначалу смоделировали образование Паломар 5 с участием черных дыр, на которые приходилось бы лишь несколько процентов массы скопления. Такую картину ученые наблюдают в "нормальных" шаровых скоплениях. Потом они попробовали варьировать содержание черных дыр, пока не получили картину, соответствующую астрономическим данным.

Получилось следующее. Поначалу шаровое скопление имело меньший процент черных дыр в своём составе. Но в процессе "взросления" Паломар 5 терял звезды быстрее, чем черные дыры, так что доля последних постепенно увеличивалась. Теперь шаровое скопление раздувается: черные дыры действуют словно человек, раскручивающий пращу. В качестве камня в праще выступают светила. Из-за этого звездный исход увеличивается, а звездный хвост растет.

Согласно модели Гилеса с соавторами, через миллиард лет Паломар 5 распадется и станет сплошным скоплением черных дыр.

За последние несколько лет в гало Млечного Пути было обнаружено около 30 нитей звезд (так называемых приливных потоков). Гало галактики – это ее невидимая сферическая оболочка за пределами видимой части галактики. Гало состоит из разрежённого горячего газа, звёзд и тёмной материи.

"Мы не знаем, как приливные потоки формируются, но одна из идей заключается в том, что они являются разрушенными звездными скоплениями. Однако ни один из недавно открытых потоков не имеет связанного с ними звездного скопления. Чтобы понять, как образовались эти потоки, нам нужно было изучить один из них вместе со связанной с ним звездной системой. Паломар 5 – словно розеттский камень для понимания процесса формирования приливных потоков, поэтому мы подробно изучили его", – объясняет Гилес.

Исследователь Института космических наук Барселонского университета Марк Гилес.
Изображение M. Gieles et al./Gaia eDR3/DESI DECaLS.

Физики сделали вывод: протяженные звездные скопления с преобладанием черных дыр являются вероятными прародителями недавно обнаруженных тонких звездных потоков в галактическом гало.

"Эта работа помогла нам понять, что, хотя шаровое скопление Паломар 5 имеет самые яркие и длинные хвосты среди всех скоплений Млечного Пути, оно не уникально. Напротив, мы полагаем, что многие точно такие же раздутые скопления, в которых доминируют черные дыры, уже распались в приливах Млечного Пути, образовав недавно обнаруженные тонкие звездные потоки", – добавляет соавтор исследования Денис Эркал (Denis Erkal) из Университета Суррея.

Добавим, что шаровое скопление Паломар 5 было открыто в 1950 году. Оно является одним из примерно 150 шаровых скоплений, вращающихся вокруг Млечного Пути. Ему более 10 миллиардов лет, как и большинству других шаровых скоплений. Это означает, что оно сформировалось на самых ранних стадиях построения галактик.