帕罗马5松散星团中发现一个黑洞群,大量的黑洞造成恒星被抛出星团

帕罗马5(Palomar5)是一个独特的星团,它是一个1950年首次被发现的松散星团,号称是银河系中最蓬松的星团,恒星和恒星之间的平均距离是几光年,与太阳到比邻星的距离相当。这样一个松散的星团具有一个长度达到30000光年的恒星流,横跨天空超过20度。

帕罗马5松散星团中发现一个黑洞群,大量的黑洞造成恒星被抛出星团

在2021年7月5日发表在《自然天文学》上的一篇论文中,由巴塞罗那大学领导的一个国际天文学家和天体物理学家团队表明,帕罗马5松散的结构以及长长的恒星流这两个特征,可能是因为这个星团中间有这一个包含了100颗黑洞的超大黑洞群造成的结果。

“从星团中的恒星数量来看,黑洞的数量大约是预期的三倍,这意味着星团总质量的20%以上是由黑洞组成的。它们各自的质量约为太阳质量的20倍,它们在大质量恒星生命末期的超新星爆炸中形成,当时该星团还很年轻,”宇宙研究所的马克·吉勒斯教授说巴塞罗那大学科学学院(ICCUB)和该论文的主要作者。

上面是银河坐标中的全天视图。较亮区域的恒星数量较多。银河系平面可见(b=0度)的大部分图像是使用Gaiae DR3数据生成的。顶部中心的小块显示了一个区域,在该区域可以获得更深的DECaLS数据,可以看到帕罗马5及其恒星流。图片来源:M.Gieles等人/GaiaeDR3/DESIDECaLS
上面是银河坐标中的全天视图。较亮区域的恒星数量较多。银河系平面可见(b=0度)的大部分图像是使用Gaiae DR3数据生成的。顶部中心的小块显示了一个区域,在该区域可以获得更深的DECaLS数据,可以看到帕罗马5及其恒星流。图片来源:M.Gieles等人/GaiaeDR3/DESIDECaLS

恒星流是从扰乱星团或矮星系中抛出的恒星,看起来好像是一条河流。在过去的几年里,在银河系银晕中发现了近三十条细流。“我们不知道这些恒星流是如何形成的,但一种想法是它们是被破坏的星团。然而,最近发现的恒星流都没有与之相关的星团,因此我们不能确定。要了解这些恒星流是如何形成的,我们需要研究一个与之相关的恒星系统。帕罗马5是唯一的案例,使它成为了解恒星流形成的罗塞塔石碑,这就是我们详细研究它的原因,”吉勒斯解释说。

作者模拟了每颗恒星从星团形成到最终飘散到宇宙空间中的轨道和演化。他们改变了星团的初始属性,直到找到与恒星流和星团的观察结果良好匹配。研究小组发现,帕罗马5形成时的黑洞分数较低,但恒星的逃逸速率比黑洞高,因此黑洞分数逐渐增加。黑洞在与恒星的引力弹弓相互作用中动态地膨胀了星团,导致更多的恒星逃逸并形成了恒星流。就在它完全阶梯之前(大约10亿年后)该星团将完全由黑洞组成。

吉勒斯指出,在这篇论文中,“我们已经表明,在形成恒星流的所有星团中,大量黑洞群的存在可能很常见。”这对于我们理解球状星团的形成、恒星的初始质量和大质量恒星的演化很重要。这项工作对引力波也具有重要意义。

帕罗马5是一个球状星团,于1950年发现。它位于大约65,000光年远的巨蛇座中,是围绕银河系运行的大约150个球状星团之一。与大多数其他球状星团一样,它的年龄超过100亿年,这意味着它形成于星系形成的最早阶段。它的质量比典型的球状星团小10倍,延伸约5倍,并且处于阶梯的最后阶段。

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