Космос

Обнаружен рой черных дыр, несущихся сквозь Млечный Путь


Рой черных дыр в сердце звездного скопления: открытие Gaia

В глубинах Млечного Пути, среди миллиардов звезд, скрываются загадочные объекты, которые не излучают свет, но оказывают мощное гравитационное влияние на свое окружение. Речь идет о черных дырах. Недавно космическая обсерватория Gaia обнаружила нечто удивительное: в центре звездного скопления Паломар 5 может находиться рой из более чем 100 черных дыр звездной массы. Это открытие не только проливает свет на эволюцию звездных скоплений, но и помогает понять, как формируются загадочные звездные потоки, протянувшиеся через галактику.
Звездное скопление Паломар 5: "окаменелость" ранней Вселенной
Звездный кластер, о котором идет речь, называется Паломар 5. Он представляет собой звездный поток, протянувшийся на 30 000 световых лет и расположенный на расстоянии около 80 тысяч световых лет от нашей планеты.

Подобные космические структуры ученые нередко называют «ископаемыми» ранней Вселенной. Как правило, они очень плотные, имеют сферическую форму и содержат от 100 тыс. до 1 млн очень старых звезд; возраст некоторых из них, например NGC 6397, почти равен возрасту самой Вселенной.

В шаровом кластере все звезды формируются примерно в одно и то же время, из одного и того же газового облака. В нашей галактике Млечный Путь насчитывается более 150 глобулярных скоплений. Эти объекты являются отличными «пособиями» для изучения ( к примеру, истории Вселенной или содержания темной материи в галактиках, вокруг которых они вращаются). Но есть и другой тип звездных ассоциации, привлекающих все больше внимания ученых в последнее время - это приливные струи, или длинные звездные реки, протянувшиеся по всему небу.

Раньше их было трудно обнаружить, но благодаря данным полученным космическим телескопом оптического диапазона Gaia, с высокой точностью составившим трехмерную карту Млечного Пути, делать это стало гораздо проще. « Нам неизвестно, как образуются такие потоки, но одна из теорий заключается в том, что они представляют собой разрушенные скопления звезд», - заявил в 2021 году астрофизик Марк Гилес из испанского университета Барселоны, после того как исследователи впервые рассказали об этом открытии.

«Однако ни один из недавно обнаруженных потоков не связан со звездными кластерами, поэтому мы не можем быть в этом уверены. Таким образом, чтобы понять, как образовались эти потоки, нам необходимо изучить тот, с которым связана звездная система. Единственный пример - Паломар 5 - и это делает его своего рода «розеттским камнем» в поимании эволюции звездных потоков, поэтому мы и занялись его детальным изучением».

Паломар 5 уникален тем, что имеет довольно «рыхлую» структуру - среднее расстояние между звёздами составляет несколько световых лет, а приливной поток занимает более 20 градусов сектора неба. Используя симуляцию N-тел, команда экспертов воссоздала орбиты и динамику эволюции каждой звезды в скоплении. Это позволило установить, как они оказались там, где находятся сегодня.

Учитывая, что последние данные указывают на возможность присутствия популяций черных дыр в центральных областях шаровых скоплений - а гравитационное взаимодействие с ЧД, как известно, заставляет звезды разлетаться в разные стороны, - ученые учли их в некоторых своих моделях.
Карта Млечного Пути, полученная на основе данных каталога Gaia (eDR3). В верхней части показана область, где наблюдается звездное скопление Паломар-5 и его приливные «хвосты»
Карта Млечного Пути, полученная на основе данных каталога Gaia (eDR3). В верхней части показана область, где наблюдается звездное скопление Паломар-5 и его приливные «хвосты»
Результаты эксперимента показали, что популяция ЧД звездной массы в скоплении Паломар 5 могла привести к конфигурации, которую мы видим сегодня. Согласно теории орбитальное взаимодействие могло выбросить звезды из скопления в приливной поток, но лишь при существенно большем количестве черных дыр, чем было предсказано ранее.

Звезды, покинувшие скопление более быстро и активно, чем черные дыры, изменили бы соотношение черных дыр, значительно увеличив его. «Количество ЧД примерно в три раза больше, чем ожидалось исходя из количества звезд в скоплении. На основании этого мы приходим к выводу, что черные дыры составляют более 20 % от общей массы кластера», - утверждает Гилельс.

«Масса каждой из ЧД примерно в 20 раз больше массы нашей звезды. Мы считаем, что они образовались в результате взрывов сверхновых в конце жизни массивных звезд, на ранних этапах эволюции кластера». Моделирование, проведенное специалистами, указывает на то, что примерно через миллиард лет скопление полностью разрушится. Но перед тем как это случится, остатки скопления будут полностью состоять из черных дыр, вращающихся вокруг галактического центра. Значит, Паломар-5 не так уж и уникален - он полностью растворится в звездном потоке, как и другие скопления, открытые ранее.

Это также намекает на то, что и другие шаровые кластеры, скорее всего, рано или поздно постигнет та же участь. А также подтверждает гипотезу о том, что шаровые скопления могут быть отличным местом для поиска черных дыр, которые в конечном итоге столкнутся, а также неуловимого класса черных дыр средней массы - между ЧД звездной массы и сверхмассивными тяжеловесами. «Считается, что большая часть бинарных образований из черных дыр формируется в звездных скоплениях», - говорит британский астрофизик Фабио Антонини из Кардиффского университета.

«Во всей этой истории остается неизвестным количество черных дыр в кластерах. Это довольно сложно определить визуально, поскольку мы не можем видеть черные дыры. Но наша методика позволяет довольно точно предсказать численность черных дыр внутри скопления, изучая звезды, которые они выбрасывают".

Сайт сделан на SiNG cms © 2010-2024