Астрономи запропонували нове джерело надходження у гало Чумацького Шляху — із власного зоряного скупчення їх можуть викидати чорні діри. Вони змоделювали еволюцію кулястого зоряного скупчення Паломар 5 та дійшли висновку, що за майже 90 відсотків втраченої маси у ньому відповідають чорні діри. Вони «роздувають» скупчення та прискорюють втечу із нього зірок, а за мільярд років чорні діри зможуть зайняти увесь простір скупчення, повідомляють вчені у Nature Astronomy.
Caltech/R. Hurt (IPAC)
Звідки до нас приходять зорі?
Довкола нашої галактики можна спостерігати так звані зоряні потоки, зорі у яких під впливом гравітації та припливних сил обертаються навколо її центру. Тільки за останні роки в гало Чумацького Шляху ми знайшли десятки таких довжиною до сотні парсеків. Однак, досі астрономи не знають походження багатьох із них, тобто яке скупчення чи галактика могли поділитися зорями із Чумацьким Шляхом. Невеликі розміри зір передбачають походження із кулястих скупчень, де велика кількість зірок об'єднується під дією гравітації. Однак, якогось очевидного механізму, який би зміг пояснити, чому зорі покидають свої скупчення, поки немає.
Астрономам же вони необхідні для того, аби відділяти сформовані безпосередньо у галактиці структури, від прийдешніх, що допоможе написати історію формування Чумацького Шляху. Тому вчені взялися за створення ще одного сценарію появи нових зірок у нашому гало — на їхню думку, з часом в скупченнях може утворюватися така кількість чорних дір, що вони зможуть просто викинути всі зірки за межі скупчення.
До чого тут скупчення Паломар 5?
Паломар 5 є одним з небагатьох відомих зоряних скупчень, з якого можна прослідкувати припливні хвости, які охоплюють 20 градусів неба. Тому це дуже зручне для дослідження формування зіркових потоків скупчення. Однак, у нього незвично великий ефективний радіус — приблизно 20 парсеків (у зоряних скупчень вони зазвичай дорівнюють трьом парсекам), що в поєднанні з його відносно низькою масою у приблизно десять тисяч сонячних, вказує на надзвичайно низьку щільність Паломара — порівняно із зірками, що робить його одним із найменш щільних кулястих скупчень всього Чумацького Шляху.
І з одного боку, нижча щільність полегшує вихід зірок зі скупчення, адже вони не так сильно пов'язуються між собою. Однак, з іншого боку, низька щільність може бути вже наслідком втрати зірок. Тим паче, що розподіл зоряних мас у ньому та вміст натрію вказує на те, що це звичайне скупчення, яке мало нормальну щільність, та у якому можна було навіть спостерігати зоряні зіткнення. Тому дослідники вирішили змоделювати еволюцію кульового скупчення і спробувати знайти модель, яка могла б створити щось схоже на Паломар 5.
Як чорні діри могли повикидати з нього зорі?
Річ у тім, що чорні діри, які могли утворюватися у Паломар 5 внаслідок зіткнень зірок у ньому, набагато прискорюють розширення структури, тому ті припливні хвости, які ми спостерігаємо, цілком можуть бути наслідком появи цих об'єктів. Варіюючи початкову кількість зірок і початкову щільність маси, астрономи шукали модель, яка найкраще відтворює спостережувану кількість зірок у скупченні (близько 1, 550) та його ефективний радіус. Найкраще пасувала модель, за якою початково Паломар 5 містило близько 210 тисяч зірок, а отже наразі скупчення втратило 92 відсотки своєї маси внаслідок зоряної еволюції та зірок-втікачів. Зараз 22 відсотки всього Паломара складає 124 чорні діри із середньою масою у 17,2 сонячних. Причому згідно із моделюванням, вони за 100 мільйонів років встигли зменшитися через взаємодію із іншими, а основну свою масу вони набрали в перші десять мільйонів років. Протягом своєї еволюції ці об'єкти зсувалися ближче до центру скупчення, а заразом і викидали із нього зорі. За словами вчених, вже через гігарік Паломар 5 може перетворитися на 100-відсоткову чорну діру, а майже всі зірки будуть викинуті.
І якщо скупчення розвивається за новим сценарієм, то за три мільярди років воно встигне викинути більше половини своїх зірок, чого достатньо, щоб створити потоки, з яких почалося це дослідження. Втім, модель дослідників не враховувала взаємодії між зірками, чорними дірами і газом, виявленим в скупченні. Хоча газ може уповільнювати тіла і запобігати їхній викид. Але за словами вчених, Паломар 5 є рідкісним явищем, адже на достатній стадії еволюції, що ми могли яскраво бачити припливні хвости, зараз є всього 4 подібних скупчення, що значно ускладнює дослідження.
Паломар 5 є не єдиним власником безлічі чорних дір та джерелом зоряних потоків, яке досліджували за допомогою моделювання. Так, наприклад, припливні хвости розсіяного скупчення Гіад астрономам також допомогла симуляція за даними місії Gaia, а кулясте скупчення NGC 6397 виявилося заповненим чорними дірами зоряної маси, на що також вказало моделювання.