کل ازدحام سیاهچاله‌ها در حال حرکت از راه شیری شناسایی شدند

خوشه ستاره ای مورد بحث Palomar 5 نام دارد. این یک جریان ستاره ای است که در عرض ۳۰۰۰۰ سال نوری امتداد دارد و در حدود ۸۰۰۰۰ سال نوری از ما قرار دارد.

چنین خوشه های کروی اغلب ‘فسیل’ کیهان اولیه در نظر گرفته می شوند. آنها بسیار متراکم و کروی هستند و معمولاً حاوی حدود ۱۰۰۰۰۰ تا ۱ میلیون ستاره بسیار قدیمی هستند. قدمت برخی مانند NGC 6397 به اندازه خود کیهان است.

در هر خوشه کروی، همه ستارگان آن به طور همزمان از یک ابر گازی تشکیل شده اند. کهکشان راه شیری حدود ۱۵۰ خوشه کروی شناخته شده دارد. این اجرام ابزار بسیار خوبی برای مطالعه، به عنوان مثال، تاریخ کیهان، یا محتوای ماده تاریک کهکشان هایی هستند که به دور آنها می چرخند.

اما نوع دیگری از گروه ستاره ای وجود دارد که توجه بیشتری را به خود جلب می کند – جریان های جزر و مدی، رودخانه های طولانی از ستارگان که در سراسر آسمان امتداد دارند.

پیش از این، شناسایی این جریان‌ها دشوار بود، اما با کار رصدخانه فضایی گایا برای نقشه‌برداری از کهکشان راه شیری با دقت بالا در سه بعدی، تعداد بیشتری از این جریان‌ها آشکار شدند.

مارک گیلس، اخترفیزیکدان از دانشگاه بارسلونا در اسپانیا در سال ۱۴۰۰، زمانی که محققان برای اولین بار این کشف را اعلام کردند، توضیح داد: ‘ما نمی دانیم این جریان ها چگونه شکل می گیرند، اما یک ایده این است که آنها خوشه های ستاره ای مختل شده هستند.’

با این حال، هیچ یک از جریان‌های اخیراً کشف‌شده دارای خوشه ستاره‌ای مرتبط با آن‌ها نیستند، بنابراین نمی‌توانیم مطمئن باشیم. بنابراین، برای درک چگونگی شکل‌گیری این جریان‌ها، باید یکی را با یک منظومه ستاره‌ای مرتبط با آن مطالعه کنیم. Palomar 5 است. تنها مورد، تبدیل آن به سنگ روزتا برای درک شکل‌گیری جریان است و به همین دلیل است که ما آن را با جزئیات مطالعه کردیم.’

Palomar 5 از این نظر منحصربه‌فرد به نظر می‌رسد که هم توزیع بسیار گسترده و شلی از ستارگان دارد و هم یک جریان جزر و مدی طولانی که بیش از ۲۰ درجه از آسمان را در بر می‌گیرد، بنابراین گیلس و تیمش در آن حضور داشتند.

این تیم از شبیه‌سازی‌های دقیق جسم N برای بازآفرینی مدارها و تحولات هر ستاره در خوشه استفاده کرد تا ببیند چگونه می‌توانست به جایی که امروز هستند برسد.

از آنجایی که شواهد اخیر نشان می دهد که جمعیت سیاهچاله ها ممکن است در نواحی مرکزی خوشه های کروی وجود داشته باشند، و از آنجایی که برهمکنش های گرانشی با سیاهچاله ها به عنوان ستاره ها را دور می کند، دانشمندان سیاهچاله ها را در برخی از شبیه سازی های خود گنجانده اند.

نتایج آن‌ها نشان داد که جمعیتی از سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای در پالومار ۵ می‌تواند به ساختار کنونی منجر شود. فعل و انفعالات مداری ستارگان را از خوشه خارج کرده و به جزر و مد می‌برد، اما این امر تنها با تعداد قابل توجهی از سیاه‌چاله‌ها که بیشتر از پیش‌بینی‌ها است، امکان‌پذیر است.

ستارگانی که کارآمدتر و راحت تر از سیاهچاله ها از خوشه می گریزند، نسبت سیاهچاله ها را تغییر داده و آن را تا حدی بالا می برند.

گیلس گفت: «تعداد سیاهچاله‌ها تقریباً سه برابر بیشتر از آن چیزی است که از تعداد ستاره‌های این خوشه انتظار می‌رود، و این بدان معناست که بیش از ۲۰ درصد از کل جرم خوشه‌ها را سیاه‌چاله‌ها تشکیل می‌دهند.»

جرم هر کدام حدود ۲۰ برابر جرم خورشید است و در انفجارهای ابرنواختری در پایان عمر ستارگان پرجرم، زمانی که خوشه هنوز خیلی جوان بود، شکل گرفتند.

در حدود یک میلیارد سال، شبیه‌سازی‌های تیم نشان داد که این خوشه کاملاً منحل می‌شود. درست قبل از اینکه این اتفاق بیفتد، آنچه از خوشه باقی می‌ماند کاملاً از سیاه‌چاله‌هایی تشکیل می‌شود که به دور مرکز کهکشانی می‌چرخند. این نشان می‌دهد که Palomar 5 منحصربه‌فرد نیست، بلکه به طور کامل در یک جریان ستاره‌ای حل می‌شود، درست مانند دیگرانی که ما کشف کرده‌ایم.

همچنین نشان می‌دهد که دیگر خوشه‌های کروی احتمالاً در نهایت سرنوشت مشابهی خواهند داشت. این یافته تأیید می‌کند که خوشه‌های کروی ممکن است مکان‌های بسیار خوبی برای جستجوی سیاه‌چاله‌هایی باشند که در نهایت با هم برخورد می‌کنند و همچنین شامل کلاس گریزان سیاه‌چاله‌های میان‌وزن می‌شود، که بین جرم‌های سبک ستاره‌ای و جرم‌های سنگین قرار دارند.

فابیو آنتونینی، اخترفیزیکدان از دانشگاه کاردیف در بریتانیا، گفت: اعتقاد بر این است که بخش بزرگی از ادغام سیاهچاله های دوتایی در خوشه های ستاره ای شکل می گیرد.

‘یک ناشناخته بزرگ در این سناریو این است که چه تعداد سیاهچاله در خوشه ها وجود دارد، که به سختی می توان آن را از نظر رصدی محدود کرد، زیرا ما نمی توانیم سیاهچاله ها را ببینیم. روش ما راهی به ما می دهد تا بفهمیم چه تعداد سیاهچاله در یک خوشه ستاره ای وجود دارد. نگاه کردن به ستاره هایی که بیرون می اندازند.’