Un cúmulo esponjoso de estrellas que se derrama por el cielo puede tener un secreto escondido en su corazón: un enjambre de más de 100 estrellas de masa agujeros negros.
El cúmulo de estrellas en cuestión se llama Palomar 5. Es una corriente estelar que se extiende a lo largo de 30.000 años luz y se encuentra a unos 80.000 años luz de distancia.
Estos cúmulos globulares a menudo se consideran “fósiles” del Universo temprano. Son muy densas y esféricas y normalmente contienen entre 100.000 y 1 millón de estrellas muy antiguas; alguno, como NGC 6397son casi tan antiguos como el propio Universo.
En cualquier cúmulo globular, todas sus estrellas se formaron al mismo tiempo, a partir de la misma nube de gas. La Vía Láctea tiene más de 150 conocidos cúmulos globulares; Estos objetos son excelentes herramientas para estudiar, por ejemplo, el historia del universoo el contenido de materia oscura de las galaxias que orbitan.
Pero hay otro tipo de grupo de estrellas que está ganando más atención: las corrientes de marea, largos ríos de estrellas que se extienden por el cielo.
Anteriormente, habían sido difíciles de identificar, pero con la observación del observatorio espacial Gaia datos que han sido mapeados la Vía Láctea con alta precisión en tres dimensiones, más de estas corrientes ha sido sacado a la luz.
“No sabemos cómo se forman estas corrientes, pero una idea es que son cúmulos de estrellas perturbados”, dijo el astrofísico Mark Gieles de la Universidad de Barcelona en España. explicado en 2021 cuando los investigadores anunciaron por primera vez el descubrimiento.
“Sin embargo, ninguna de las corrientes descubiertas recientemente tiene un cúmulo de estrellas asociado, por lo que no podemos estar seguros. Entonces, para comprender cómo se formaron estas corrientes, necesitamos estudiar una que tenga un sistema estelar asociado. Palomar 5 es el “Es el único caso, lo que la convierte en una piedra de Rosetta para comprender la formación de corrientes y es por eso que la estudiamos en detalle”.
Palomar 5 parece único porque tiene una distribución muy amplia y flexible de estrellas y una larga corriente de marea, que abarca más de 20 grados del cielo, por lo que Gieles y su equipo se concentraron en él.
El equipo utilizó simulaciones detalladas de N cuerpos para recrear las órbitas y evoluciones de cada estrella en el cúmulo, para ver cómo podrían haber terminado donde están hoy.
Dado que la evidencia reciente sugiere que poblaciones de agujeros negros podría existir en las regiones centrales de los cúmulos globulares, y dado que se sabe que las interacciones gravitacionales con los agujeros negros enviar estrellas a toda velocidadlos científicos incluyeron agujeros negros en algunas de sus simulaciones.
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Sus resultados mostraron que una población de agujeros negros de masa estelar dentro de Palomar 5 podría haber dado como resultado la configuración que vemos hoy. Las interacciones orbitales habrían lanzado las estrellas fuera del cúmulo y dentro de la corriente de marea, pero sólo con un número significativamente mayor de agujeros negros de lo previsto.
Las estrellas que escaparon del cúmulo de manera más eficiente y rápida que los agujeros negros habrían alterado la proporción de agujeros negros, incrementándola bastante.
“El número de agujeros negros es aproximadamente tres veces mayor de lo esperado a partir del número de estrellas en el cúmulo, y significa que más del 20 por ciento de la masa total del cúmulo está formada por agujeros negros”, gieles dijo.
“Cada uno de ellos tiene una masa de aproximadamente 20 veces la masa del Sol, y se formaron en explosiones de supernova al final de la vida de las estrellas masivas, cuando el cúmulo era todavía muy joven”.
Las simulaciones del equipo mostraron que dentro de unos mil millones de años el cúmulo se disolverá por completo. Justo antes de que esto suceda, lo que quede del cúmulo estará formado enteramente por agujeros negros que orbitarán alrededor del centro galáctico. Esto sugiere que, después de todo, Palomar 5 no es único: se disolverá completamente en una corriente estelar, al igual que otros que hemos descubierto.
También sugiere que otros cúmulos globulares probablemente compartirán el mismo destino con el tiempo. Y ofrece confirmación de que los cúmulos globulares pueden ser lugares excelentes para buscar agujeros negros que eventualmente colisionarán, así como la elusiva clase de agujeros negros de peso medioentre pesos ligeros de masa estelar y pesos pesados supermasivos.
“Se cree que una gran fracción de los binarios agujero negro Las fusiones se forman en los cúmulos de estrellas”, dijo el astrofísico Fabio Antonini de la Universidad de Cardiff en el Reino Unido.
“Una gran incógnita en este escenario es cuántos agujeros negros hay en los cúmulos, lo cual es difícil de determinar mediante observación porque no podemos verlos. Nuestro método nos brinda una manera de saber cuántos agujeros negros hay en un cúmulo de estrellas mediante mirando las estrellas que expulsan.”
La investigación ha sido publicada en Naturaleza Astronomía.
Una versión anterior de este artículo se publicó en julio de 2021.