Pahuljasti skup zvijezda koji se razlijeva nebom možda ima tajnu skrivenu u svom srcu: roj od preko 100 crnih rupa.
Zvjezdani skup o kojem je riječ zove se Palomar 5. To je zvjezdani tok koji se proteže preko 30.000 svjetlosnih godina, a udaljen je oko 80.000 svjetlosnih godina.
Takvi se kuglasti skupovi često smatraju 'fosilima' ranog Svemira. Vrlo su gusti i sferični, obično sadrže otprilike 100000 do 1 milion vrlo starih zvijezda; neke, poput NGC 6397, stare su gotovo koliko i sam Svemir.
U bilo kojem kuglastom skupu, sve njegove zvijezde nastale su u isto vrijeme, iz istog oblaka plina. Mliječni put ima više od 150 poznatih kuglastih skupova; ti su objekti izvrsni alati za proučavanje, primjerice, historiji svemira ili sadržaja tamne tvari u galaksijama oko kojih kruže.
Ali postoji još jedna vrsta skupine zvijezda koja privlači više pozornosti – plimni tokovi, duge rijeke zvijezda koje se protežu preko neba.
Prije ih je bilo teško identificirati, ali s podacima svemirskog opservatorija Gaia koji su s visokom preciznošću mapirali Mliječnu stazu u tri dimenzije, više je tih tokova izneseno na vidjelo.
"Ne znamo kako ti tokovi nastaju, ali jedna ideja je da su to poremećeni zvjezdani skupovi", objasnio je astrofizičar Mark Gieles sa Univerziteta u Barceloni u Španiji 2021. kada su istraživači prvi put objavili ovo otkriće.
"Međutim, nijedan od nedavno otkrivenih tokova nema zvjezdani skup povezan sa sobom, stoga ne možemo biti sigurni. Dakle, da bismo razumjeli kako su ti tokovi nastali, moramo proučiti jedan sa zvjezdanim sustavom koji je s njim povezan. Palomar 5 je jedini slučaj, što ga čini kamenom iz Rosette za razumijevanje formiranja potoka i zato smo ga detaljno proučavali."
Palomar 5 se čini jedinstvenim po tome što ima i vrlo široku, labavu distribuciju zvijezda i dugu plimnu struju, koja obuhvaća više od 20 stepeni neba, pa su se Gieles i njegov tim zadržali na tome.
Tim je koristio detaljne simulacije N-tijela kako bi rekreirao orbite i evoluciju svake zvijezde u klasteru, kako bi vidio kako su mogle završiti tu gdje su danas.
Budući da nedavni dokazi upućuju na to da populacije crnih rupa mogu postojati u središnjim područjima kuglastih grozdova, i budući da je poznato da gravitacijske interakcije s crnim rupama šalju zvijezde u nestajanje, naučnici su uključili crne rupe u neke od svojih simulacija.
Njihovi rezultati su pokazali da je populacija crnih rupa zvjezdane mase unutar Palomara 5 mogla rezultirati konfiguracijom kakvu vidimo danas. Orbitalne interakcije izbacile bi zvijezde iz klastera u plimni tok, ali samo sa znatno većim brojem crnih rupa od predviđenog.
Zvijezde koje bježe iz skupa učinkovitije i spremnije od crnih rupa promijenile bi udio crnih rupa, prilično ga povećavši.
"Broj crnih rupa otprilike je tri puta veći od očekivanog na temelju broja zvijezda u klasteru, a to znači da više od 20 posto ukupne mase klastera čine crne rupe", rekao je Gieles.
"Svaka ima masu od oko 20 puta veću od mase Sunca, a nastale su u eksplozijama supernova na kraju života masivnih zvijezda, dok je klaster bio još vrlo mlad."
Za otprilike milijardu godina, pokazale su simulacije tima, klaster će se potpuno otopiti. Neposredno prije nego što se to dogodi, ono što ostaje od klastera sastojat će se u potpunosti od crnih rupa koje kruže oko galaktičkog središta. Ovo sugerira da Palomar 5 ipak nije jedinstven – potpuno će se otopiti u zvjezdanom toku, baš kao i drugi koje smo otkrili.
Također sugerira da će i drugi kuglasti skupovi vjerovatno s vremenom podijeliti istu sudbinu. I nudi potvrdu da bi kuglasti skupovi mogli biti izvrsna mjesta za traženje crnih rupa koje će se na kraju sudariti, kao i nedostižne klase crnih rupa srednje težine, između lakih i supermasivnih teških zvjezdanih masa.
"Vjeruje se da veliki dio spajanja binarnih crnih rupa nastaje u zvjezdanim skupovima", rekao je astrofizičar Fabio Antonini sa Univerziteta Cardiff u Velikoj Britaniji.
"Velika nepoznanica u ovom scenariju je koliko crnih rupa ima u klasterima, što je teško ograničiti promatranjem jer ne možemo vidjeti crne rupe. Naša metoda nam daje način da saznamo koliko crnih rupa ima u zvjezdanom skupu pomoću gledajući zvijezde koje izbacuju."