Масса, заполненная черными дырами, может извергать звезды

По мере того, как мы точно строим звезды нашего Млечного Пути, мы можем определить особенности, которые говорят нам о его истории. К ним относятся местные детали, такие как звезды, прошедшие через область, через которую что-то Уметь открыть для себя землю. Они включают в себя гораздо более крупные структуры, такие как звездные следы, оставленные меньшими галактиками, которые слились с нашей собственной.

Но одна обнаруженная нами особенность немного сбивает с толку: звездные следы слишком малы и тонки, чтобы образоваться в результате столкновения галактик. Их десятки, источник которых мы не установили. Его размер указывает на то, что он произошел от A сферическая масса, но нет четкого механизма, позволяющего этим скоплениям выбрасывать звезды со скоростью, достаточной для генерации этого типа потока.

Теперь группа исследователей предложила механизм, который не совсем ясен: со временем черные дыры могут доминировать над скоплениями, извергающими все звезды.

разборка

Шаровые скопления — это плотные скопления звезд, которые вместе вращаются вокруг Млечного Пути. Они связаны друг с другом взаимным притяжением. Сложные взаимодействия неизбежно выбрасывают некоторые звезды, но не с заметной скоростью, что делает скопления очень долгоживущими.

Однако исследователи начали свою работу с изучения необычного шарового скопления под названием Паломар 5, которое имеет удлиненный хвост из потерянных звезд и относительно небольшую общую массу, что делает его довольно рассеянным по сравнению с другими изученными нами скоплениями. Более низкая плотность позволяет Palomar 5 легко терять звезды, но это также могло быть вызвано предыдущей потерей звезд, что привело к проблеме курицы и яйца. Поэтому исследователи решили смоделировать эволюцию шарового скопления и попытаться найти модель, которая могла бы дать нечто похожее на Palomar 5.

Исследователи создали модель, которая берет группу звезд и моделирует их гравитационное взаимодействие друг с другом и с Млечным путем, когда они вращаются вокруг галактического центра. Благодаря некоторой помощи нескольких графических процессоров и правильная программа, они могли запускать это моделирование в течение миллиардов лет. Изменяя параметры, они смогли найти факторы, связанные с группами, которые в итоге выглядели как Palomar 5.

Секретный ингредиент — черные дыры. Когда черные дыры оставались в скоплении после его образования — что означает, что сверхновая звезда не передавала достаточно движения, чтобы отправить его в другое место в галактике, — они постепенно выбросили почти 90% массы скопления. Это снижает плотность массы почти в три раза по сравнению с ее объемом, частично из-за выброса звезд и частично из-за того, что черные дыры изгоняют газ и другие вещества, нагревая их.

В наиболее подходящей модели Palomar 5 в скоплении остается примерно четверть его содержания черных дыр, всего их 124. Эти черные дыры также были намного больше, чем были в момент образования (средняя масса примерно в 17 раз больше массы Солнца), что указывает на то, что они могли питаться в больших масштабах или подвергаться процессам слияния.

будущее черное

Чтобы понять, как черные дыры могут повлиять на эволюцию шарового скопления, исследователи также рассмотрели работающие модели, которые не создавали скопление типа Паломар-5. Основным фактором, определяющим, будет ли у кластера богатое будущее черной дыры, является его начальная плотность. Если звездное скопление достаточно плотно, гравитационные взаимодействия, как правило, выбрасывают черные дыры, прежде чем они успевают закрепиться.

Если бы скопление находилось на этом пути, оно бы выбросило более половины своих звезд в течение трех миллиардов лет, что достаточно для того, чтобы установить звездные следы, положившие начало этому исследованию.

В скоплениях с низкой плотностью черные дыры заканчиваются около центра, а вместо этого выбрасываются звезды. Исследователи говорят, что при определенных условиях скопление может эволюционировать до состояния 100% черной дыры, при этом почти все звезды будут выброшены.

Основным недостатком модели является то, что она не учитывает взаимодействия между звездами, черными дырами и газом в скоплении. Последний из этих факторов, газ, мог вызвать трение, которое могло замедлить объекты и предотвратить их выброс, но был исключен из модели.

С другой стороны, это можно сравнить с реальностью. Тот факт, что хвосты в основном образуются на заключительной фазе некоторых скоплений, предполагает, что они должны быть только у части шаровых скоплений в Млечном Пути — примерно четыре. Отслеживание движения звезд внутри скопления должно позволить обнаружить гравитационное влияние черных дыр, что позволит нам получить оценку их количества. Следовательно, эта идея, вероятно, будет протестирована, прежде чем у нас появятся достаточно мощные графические процессоры, чтобы проводить аналогичные симуляции с использованием газа.

естественная астрономия, 2021. DOI: 10.1038 / с41550-021-01392-2 (О DOI).