探測(cè)到整個(gè)黑洞群穿過(guò)銀河系

一團(tuán)蓬松的星星灑落在天空中，它的心中可能隱藏著一個(gè)秘密：一個(gè)超過(guò) 100 顆恒星質(zhì)量的星團(tuán)黑洞.

這個(gè)星團(tuán)被稱為帕洛瑪 5。這是一條跨越 30,000 光年的恒星流，距離約 80,000 光年。

這樣的球狀星團(tuán)通常被認(rèn)為是早期宇宙的“化石”。它們非常致密且呈球形，通常包含大約 100,000 到 100 萬(wàn)顆非常古老的恒星;一些喜歡 NGC 6397，幾乎與宇宙本身一樣古老。

在任何球狀星團(tuán)中，它的所有恒星都是在同一片氣體云中同時(shí)形成的。銀河系周圍有150 個(gè)已知的球狀星團(tuán);這些對(duì)象是學(xué)習(xí)的極好工具，例如宇宙的歷史或暗物質(zhì)含量它們所環(huán)繞的星系。

但還有另一種類型的星群正在獲得更多關(guān)注——潮汐流，橫跨天空的長(zhǎng)長(zhǎng)的星河。

以前，這些很難識(shí)別，但隨著蓋亞太空天文臺(tái)努力以高精度的三維方式繪制銀河系，更多的這些流一直曝光.

“我們不知道這些流是如何形成的，但有一種觀點(diǎn)是它們是被破壞的星團(tuán)，”西班牙巴塞羅那大學(xué)的天體物理學(xué)家馬克·吉爾斯 （Mark Gieles）2021 年解釋研究人員首次宣布這一發(fā)現(xiàn)時(shí)。

“然而，最近發(fā)現(xiàn)的流中沒(méi)有一個(gè)與它們相關(guān)的星團(tuán)，因此我們不能確定。因此，要了解這些流是如何形成的，我們需要研究一個(gè)具有與之相關(guān)的恒星系統(tǒng)的流。Palomar 5 是唯一的情況，使其成為了解河流形成的羅塞塔石碑，這就是我們?cè)敿?xì)研究它的原因。

帕洛瑪 5 看起來(lái)是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗扔蟹浅掗煛⑺缮⒌暮阈欠植?，又有一條長(zhǎng)長(zhǎng)的潮汐流，跨越了 20 多度的天空，因此 Gieles 和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)它進(jìn)行了研究。

該團(tuán)隊(duì)使用詳細(xì)的 N 體模擬來(lái)重建星團(tuán)中每顆恒星的軌道和演化，以了解它們是如何最終變成今天的。

由于最近的證據(jù)表明黑洞的種群可能存在于球狀星團(tuán)的中心區(qū)域，并且由于已知與黑洞的引力相互作用讓星星飛走，科學(xué)家們?cè)谒麄兊囊恍┠M中包括了黑洞。

他們的結(jié)果表明，Palomar 5 內(nèi)的恒星質(zhì)量黑洞群可能導(dǎo)致我們今天看到的配置。軌道相互作用會(huì)將恒星彈射出星團(tuán)并進(jìn)入潮汐流，但黑洞的數(shù)量比預(yù)測(cè)的要多得多。

恒星比黑洞更有效、更容易地逃離星團(tuán)，這會(huì)改變黑洞的比例，使其大幅增加。

“黑洞的數(shù)量大約比星團(tuán)中恒星數(shù)量預(yù)期的要多三倍，這意味著超過(guò)20%的星團(tuán)總質(zhì)量是由黑洞組成的。”吉爾斯說(shuō).

“它們的質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的 20 倍，它們?cè)诖筚|(zhì)量恒星生命結(jié)束時(shí)的超新星爆炸中形成，當(dāng)時(shí)這個(gè)星團(tuán)還很年輕?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)的模擬顯示，在大約 10 億年后，該星團(tuán)將完全溶解。就在這一切發(fā)生之前，星團(tuán)的殘骸將完全由黑洞組成，圍繞銀河系中心運(yùn)行。這表明 Palomar 5 畢竟并不是獨(dú)一無(wú)二的——它會(huì)完全溶解成恒星流，就像我們發(fā)現(xiàn)的其他恒星流一樣。

它還表明，其他球狀星團(tuán)最終可能會(huì)面臨同樣的命運(yùn)。它證實(shí)了球狀星團(tuán)可能是尋找最終會(huì)碰撞的黑洞的絕佳場(chǎng)所，以及難以捉摸的中量級(jí)黑洞，介于 Stellar Mass 輕量級(jí)和 Supermassive 重量級(jí)之間。

“據(jù)信，很大一部分二元黑洞合并形成于星團(tuán)中，”天體物理學(xué)家法比奧·安東尼尼 （Fabio Antonini） 說(shuō)英國(guó)卡迪夫大學(xué)。

“在這種情況下，一個(gè)很大的未知數(shù)是星團(tuán)中有多少個(gè)黑洞，這很難通過(guò)觀測(cè)進(jìn)行限制，因?yàn)槲覀兛床坏胶诙?。我們的方法為我們提供了一種方法，通過(guò)觀察它們噴出的恒星來(lái)了解星團(tuán)中有多少個(gè)黑洞。

該研究已發(fā)表在自然天文學(xué).

本文的早期版本發(fā)表于 2021 年 7 月。

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