Künstlerische Darstellung von Schwarzen Löchern in einem Cluster. (ESA/Hubble, N. Bartmann) Eine flauschige Ansammlung von Sternen, die sich über den Himmel ausbreitet, könnte in ihrem Herzen ein Geheimnis verbergen: einen Schwarm von über 100 Sternmassen Schwarze Löcher .
Wenn dieser Befund bestätigt werden kann, wird er erklären, wie der Sternhaufen so entstanden ist, wie er ist – mit seinen Sternen, die Lichtjahre voneinander entfernt sind und in einen Sternstrom übergehen, der sich über 30.000 Lichtjahre erstreckt.
Der fragliche Sternhaufen heißt Palomar 5 und liegt etwa 80.000 Lichtjahre entfernt. Solche Kugelsternhaufen werden oft als „Fossilien“ des frühen Universums betrachtet. Sie sind sehr dicht und kugelförmig und enthalten typischerweise etwa 100.000 bis 1 Million sehr alte Sterne; manche, wie NGC 6397 sind fast so alt wie das Universum selbst.
In jedem Kugelsternhaufen entstanden alle seine Sterne gleichzeitig aus derselben Gaswolke. Die Milchstraße hat rund 150 bekannte Kugelsternhaufen ; Diese Objekte sind hervorragende Werkzeuge zum Studium, zum Beispiel Geschichte des Universums , oder der Inhalt der Dunklen Materie der Galaxien, die sie umkreisen.
Aber es gibt eine andere Art von Sterngruppe, die mehr Aufmerksamkeit erregt – Gezeitenströme, lange Sternenflüsse, die sich über den Himmel erstrecken. Zuvor war es schwierig, diese zu identifizieren, aber seit das Weltraumobservatorium Gaia daran arbeitet, die Milchstraße mit hoher Präzision in drei Dimensionen zu kartieren, ist dies noch mehr der Fall diese Streams gewesen sein ans Licht gebracht .
„Wir wissen nicht, wie diese Ströme entstehen, aber eine Idee ist, dass es sich um zerstörte Sternhaufen handelt.“ erklärte der Astrophysiker Mark Gieles der Universität Barcelona in Spanien.
„Allerdings ist mit keinem der kürzlich entdeckten Ströme ein Sternhaufen verbunden, daher können wir nicht sicher sein.“ Um zu verstehen, wie diese Ströme entstanden sind, müssen wir einen mit einem damit verbundenen Sternsystem untersuchen. „Palomar 5 ist der einzige Fall, was ihn zu einem Rosetta-Stein für das Verständnis der Bachbildung macht, und deshalb haben wir ihn im Detail untersucht.“
Palomar 5 scheint insofern einzigartig zu sein, als es sowohl eine sehr breite, lockere Sternenverteilung als auch einen langen Gezeitenstrom aufweist, der sich über mehr als 20 Grad des Himmels erstreckt, weshalb Gieles und sein Team sich darauf konzentrierten.
Das Team verwendete detaillierte N-Körper-Simulationen, um die Umlaufbahnen und Entwicklungen jedes Sterns im Sternhaufen nachzubilden, um zu sehen, wie sie dort gelandet sein könnten, wo sie heute sind.
Da jüngste Erkenntnisse darauf hindeuten Populationen von Schwarzen Löchern könnte in den zentralen Regionen von Kugelsternhaufen existieren, und da sind Gravitationswechselwirkungen mit Schwarzen Löchern bekannt Schicken Sie Sterne davon , haben die Wissenschaftler in einigen ihrer Simulationen Schwarze Löcher einbezogen.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass eine Population von Schwarzen Löchern mit Sternmasse innerhalb von Palomar 5 zu der Konfiguration geführt haben könnte, die wir heute sehen. Orbitale Wechselwirkungen hätten die Sterne aus dem Sternhaufen in den Gezeitenstrom geschleudert, allerdings nur mit einer deutlich höheren Anzahl an Schwarzen Löchern als vorhergesagt.
Die Sterne, die den Haufen effizienter und leichter verlassen als Schwarze Löcher, hätten den Anteil der Schwarzen Löcher verändert und ihn deutlich erhöht.
„Die Anzahl der Schwarzen Löcher ist ungefähr dreimal so groß wie man aufgrund der Anzahl der Sterne im Sternhaufen erwarten würde, und das bedeutet, dass mehr als 20 Prozent der Gesamtmasse des Sternhaufens aus Schwarzen Löchern besteht.“ sagte Gieles .
„Sie haben jeweils eine Masse, die etwa dem 20-fachen der Sonnenmasse entspricht, und sie entstanden in Supernova-Explosionen am Ende des Lebens massereicher Sterne, als der Haufen noch sehr jung war.“
Die Simulationen des Teams zeigten, dass sich der Cluster in etwa einer Milliarde Jahren vollständig auflösen wird. Kurz bevor dies geschieht, werden die Überreste des Clusters ausschließlich aus Schwarzen Löchern bestehen, die das galaktische Zentrum umkreisen. Dies deutet darauf hin, dass Palomar 5 schließlich nicht einzigartig ist – er wird sich vollständig in einen Sternenstrom auflösen, genau wie andere, die wir entdeckt haben.
Es deutet auch darauf hin, dass andere Kugelsternhaufen wahrscheinlich irgendwann dasselbe Schicksal erleiden werden. Und es bietet eine Bestätigung dafür, dass Kugelsternhaufen ausgezeichnete Orte für die Suche nach Schwarzen Löchern sein könnten, die irgendwann kollidieren werden, sowie nach der schwer fassbaren Klasse von Schwarzen Löchern mittelschwere schwarze Löcher , zwischen Leichtgewichten mit Sternmasse und supermassereichen Schwergewichten.
„Es wird angenommen, dass ein großer Teil binär ist.“ schwarzes Loch „In Sternhaufen bilden sich Verschmelzungen“, sagte der Astrophysiker Fabio Antonini der Universität Cardiff im Vereinigten Königreich.
„Eine große Unbekannte in diesem Szenario ist die Anzahl der Schwarzen Löcher in Clustern, was aus Beobachtungen schwer einzuschätzen ist, da wir keine Schwarzen Löcher sehen können.“ „Mit unserer Methode können wir herausfinden, wie viele Schwarze Löcher es in einem Sternhaufen gibt, indem wir die Sterne betrachten, die sie ausstoßen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .