Meer dan 100 zwarte gaten in Palomar 5

Palomar 5
Kaart met kleurcodes van de verdeling van sterren die uit de sterrenhoop Palomar 5 komen (de witte vlek); de twee lange getijdenstaarten (oranje) bevatten 1,3 keer de massa van de cluster en ze zijn bepalend voor de baan van de bolhoop rond ons sterrenstelsel: Credit: SDSS

Palomar 5 is een van de meest diffuse sterrenhopen in de halo van ons sterrenstelsel en het is het bekendst om de spectaculaire getijdestromen die zich meer dan 20° langs de sterrenhemel uitstrekken.

Palomar 5 is een bolvormige sterrenhoop in het sterrenbeeld Serpens – Slang. De bolhoop is ongeveer 80.000 lichtjaar van ons verwijderd. Palomar 5 werd in 1950 ontdekt door de Duitse astronoom Walter Baade. De bolhoop heeft een geschatte leeftijd van ongeveer 11,5 miljard jaar.

Palomar 5 heeft een straal van ongeveer 65 lichtjaar en, gecombineerd met zijn relatief lage massa van 10.000 zonsmassa’s, behoort zijn gemiddelde dichtheid tot de laagste van alle bolhopen in ons sterrenstelsel. Het is een van de weinige bekende bolhopen met uitgestrekte getijdestaarten die meer dan 20° aan de hemel groot zijn. De bolhoop wordt hierom intensief bestudeerd.

Astronomen weten niet hoe deze getijdestromen/staarten ontstaan maar het idee is dat het gaat om verstoorde bolhopen. Echter, aan geen van de recent ontdekte stromen/staarten is een sterrenhoop gekoppeld dus men weet het niet zeker. Dus m te begrijpen hoe ze zijn ontstaan moeten astronomen er een bestuderen waaraan een stellair systeem is gekoppeld.

In dit nieuwe onderzoek simuleerden de onderzoekers de banen en de evolutie van elke ster vanaf het ontstaan van Palomar 5 tot de uiteindelijke ontbinding.

Ze varieerden de initiële eigenschappen van de bolhoop totdat er een goede match werd gevonden met de waarnemingen van de staarten en de bolhoop. Ze ontdekten dat Palomar 5 ontstond met minder zwarte gaten maar doordat sterren efficiënter uit de bolhoop ontsnapten dan zwarte gaten nam het aantal zwarte gaten geleidelijk aan toe.

Het aantal zwarte gaten, meer dan 100, is ongeveer drie keer groter dan verwacht op basis van het aantal sterren in de bolhoop en het betekent dat meer dan 20% van de totale massa van de bolhoop uit zwarte gaten bestaat.

Die zwarte gaten hebben elk een massa van ongeveer 20 zonsmassa en ze ontstonden tijdens supernova-explosie van zware sterren in de tijd dat de bolhoop nog erg jong was.

Als gevolg van interacties met sterren hebben de zwarte gaten er voor gezorgd dat Palomar 5 werd opgeblazen. Dit leidde er toe dat er nog meer sterren uit de bolhoop ontsnapten en er grote getijdestromen en -staarten ontstonden.

De astronomen voorspellen dat de bolhoop over een miljard jaar zal oplossen tot een cluster bestaande uit 100% zwarte gaten. Het onderzoek heeft astronomen geholpen te begrijpen dat hoewel de opgezwollen Palomar 5 bolhoop de helderste en langste staarten heeft van alle bolhopen in ons sterrenstelsel, de bolhoop niet uniek is.

In plaats daarvan geloven de onderzoekers dat veel, op dezelfde manier opgezwollen door zwarte gaten gedomineerde bolhopen al in de getijden van ons sterrenstelsel uiteen zijn gevallen om zo de recent ontdekte dunne stellaire stromen te vormen. Er wordt aangenomen dat een groot deel van de fusies van binaire zwarte gaten zich in sterhopen voordoen.

Een grote onbekende in dit scenario is hoeveel zwarte gaten er in sterrenhopen zijn, iets wat moeilijk is te observeren omdat we zwarte gaten nu eenmaal niet kunnen zien. Door te kijken naar de sterren die ze uitwerpen geeft de nieuwe methode astronomen wel een manier om te leren hoeveel zwarte gaten er in een sterrenhoop kunnen zijn.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.

Artikel: M. Gieles et al. A supra-massive population of stellar-mass black holes in the globular cluster Palomar 5. Nat Astron, published online July 5, 2021;

 

Eerste publicatie: 10 juli 2021
Bron: Sci-News en anderen