探测到整个黑洞群穿过银河系

一团蓬松的星星洒落在天空中，它的心中可能隐藏着一个秘密：一个超过 100 颗恒星质量的星团黑洞.

这个星团被称为帕洛玛 5。这是一条跨越 30,000 光年的恒星流，距离约 80,000 光年。

这样的球状星团通常被认为是早期宇宙的“化石”。它们非常致密且呈球形，通常包含大约 100,000 到 100 万颗非常古老的恒星;一些喜欢 NGC 6397，几乎与宇宙本身一样古老。

在任何球状星团中，它的所有恒星都是在同一片气体云中同时形成的。银河系周围有150 个已知的球状星团;这些对象是学习的极好工具，例如宇宙的历史或暗物质含量它们所环绕的星系。

但还有另一种类型的星群正在获得更多关注——潮汐流，横跨天空的长长的星河。

以前，这些很难识别，但随着盖亚太空天文台努力以高精度的三维方式绘制银河系，更多的这些流一直曝光.

“我们不知道这些流是如何形成的，但有一种观点是它们是被破坏的星团，”西班牙巴塞罗那大学的天体物理学家马克·吉尔斯 （Mark Gieles）2021 年解释研究人员首次宣布这一发现时。

“然而，最近发现的流中没有一个与它们相关的星团，因此我们不能确定。因此，要了解这些流是如何形成的，我们需要研究一个具有与之相关的恒星系统的流。Palomar 5 是唯一的情况，使其成为了解河流形成的罗塞塔石碑，这就是我们详细研究它的原因。

帕洛玛 5 看起来是独一无二的，因为它既有非常宽阔、松散的恒星分布，又有一条长长的潮汐流，跨越了 20 多度的天空，因此 Gieles 和他的团队对它进行了研究。

该团队使用详细的 N 体模拟来重建星团中每颗恒星的轨道和演化，以了解它们是如何最终变成今天的。

由于最近的证据表明黑洞的种群可能存在于球状星团的中心区域，并且由于已知与黑洞的引力相互作用让星星飞走，科学家们在他们的一些模拟中包括了黑洞。

他们的结果表明，Palomar 5 内的恒星质量黑洞群可能导致我们今天看到的配置。轨道相互作用会将恒星弹射出星团并进入潮汐流，但黑洞的数量比预测的要多得多。

恒星比黑洞更有效、更容易地逃离星团，这会改变黑洞的比例，使其大幅增加。

“黑洞的数量大约比星团中恒星数量预期的要多三倍，这意味着超过20%的星团总质量是由黑洞组成的。”吉尔斯说.

“它们的质量大约是太阳质量的 20 倍，它们在大质量恒星生命结束时的超新星爆炸中形成，当时这个星团还很年轻。”

该团队的模拟显示，在大约 10 亿年后，该星团将完全溶解。就在这一切发生之前，星团的残骸将完全由黑洞组成，围绕银河系中心运行。这表明 Palomar 5 毕竟并不是独一无二的——它会完全溶解成恒星流，就像我们发现的其他恒星流一样。

它还表明，其他球状星团最终可能会面临同样的命运。它证实了球状星团可能是寻找最终会碰撞的黑洞的绝佳场所，以及难以捉摸的中量级黑洞，介于 Stellar Mass 轻量级和 Supermassive 重量级之间。

“据信，很大一部分二元黑洞合并形成于星团中，”天体物理学家法比奥·安东尼尼 （Fabio Antonini） 说英国卡迪夫大学。

“在这种情况下，一个很大的未知数是星团中有多少个黑洞，这很难通过观测进行限制，因为我们看不到黑洞。我们的方法为我们提供了一种方法，通过观察它们喷出的恒星来了解星团中有多少个黑洞。

该研究已发表在自然天文学.

本文的早期版本发表于 2021 年 7 月。

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