gov-civil-vilareal.ptDenne stjerneklynge bliver langsomt overtaget af sorte huller. Om en milliard år dræber de det.
>En fjern klynge af stjerner, der kredser om vores galakse har en mørk skæbne i vente : Det bliver langsomt overtaget af sorte huller, og om en milliard år, ligesom det endelig opløses i rummet, vil det være helt består af sorte huller.
Dette lyder måske underligt, men kan faktisk ske ret ofte med sådanne klynger.
Det pågældende objekt kaldes Palomar 5. Det er en kuglehob, der normalt er tætpakket samlinger på hundredtusinder, hvis ikke millioner af stjerner i en nogenlunde kugleformet samling et par dusin lysår på tværs.
Men Palomar 5 er mærkelig. For det første er det meget sparsomt, med kun omkring 1.500 stjerner i det. For en anden er den usædvanlig stor, godt over hundrede lysår i størrelse. Det betyder, at den er meget lav, med stjerner i gennemsnit et par lysårs mellemrum. Det svarer til afstande mellem stjerner herude i de galaktiske forstæder, hvor Solen er - men i en typisk kuglehob er der tusinder af stjerner i det samme rum.
Et kort over Palomar 5 (den hvide klat) og dens stjernestrømme ved hjælp af data fra Sloan Digital Sky Survey. Kredit: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS
Palomar 5 er ude i den galaktiske glorie, 80.000 lysår fra os, langt uden for galaksen. Mange globularer kredser så langt ude, men de er ikke alene. I de senere år har astronomer fundet stjernestrømme derude: lange, tynde streamers af stjerner, der alle bevæger sig rundt om galaksen langs den samme bane. Det menes, at disse dannes, når stjerner fjernes fra kuglehobe (eller små dværggalakser) af Mælkevejens tyngdekraft. Men ingen klynge er nogensinde blevet set indlejret i disse mere fjerne strømme.
den magiske check
Bortset fra Palomar 5*. Den har enorme stier af stjerner, der fører og slæber bag sig og strækker sig over 20 ° på himlen (den tilsyneladende størrelse begge dine knytnæver sammen i armlængdes længde). Dette gør det til noget af en nøgle til at forstå, hvad der sker derude.
Kuglehoben Palomar 5 (den svage samling af stjerner i midten) er en løs samling på omkring 1.500 stjerner 80.000 lysår fra Jorden. Kredit: NASA/GSFC/Skyview/SDSS
For at prøve at forstå, hvorfor Palomar 5 er så underlig, et team af astronomer angreb det med fysik . De brugte en computermodel, der giver dem mulighed for at simulere, hvad der ville ske med en klynge over lang tid (fra dens dannelse for 11-12 milliarder år siden til i dag og ind i fremtiden), da stjernerne inde i den interagerer gravitationsmæssigt, samt hvordan stjernerne ændrer sig over den tid (hvad kaldes stjernernes evolution ; stjerner ældes og bliver til røde kæmper eller eksploderer som supernovaer ).
Ved hjælp af forskellige modeller og antagelser (som antallet af stjerner, klyngen starter med), var de i stand til at få et par, der passede til klyngens nuværende udseende temmelig godt, herunder eksistensen af vandløbene. Selvom klyngen starter med hundredtusinder af stjerner, mister den dem over tid til forskellige effekter. For eksempel eksploderer massive stjerner og danner neutronstjerner eller sorte huller. Nogle gange giver dette det resterende objekt et stort spark, der helt kan skubbe det ud fra klyngen. Stjerner kan også forlade klyngen, hvis de gravitationsmæssigt interagerer med andre stjerner og/eller sorte huller.
Først efter klyngens former stiger antallet af sorte huller, når massive stjerner eksploderer for at danne dem. Så i løbet af de næste hundrede millioner år eller deromkring antallet af sorte huller falder da mange bliver skubbet ud fra kernen fra tyngdekraftsinteraktioner (hvor stor en effekt dette er, afhænger mest af hvor tæt pakket klyngen er; jo tættere den er, jo flere interaktioner er der).
Diagram over Palomar 5's bane omkring Mælkevejen, der viser dens stjernestrømme og Solens position. Kredit: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS Hubble Heritage -projekt (STScI/NASA)
Hvad de fandt ud af, er imidlertid, at sorte huller i kernen over lange perioder har en tendens til at hjælpe med at skubbe stjernerne i klyngen ret effektivt ud. Det betyder, at brøkdelen af sorte huller i klyngen i forhold til antallet af stjerner i alt stiger over tid. For at få klyngen til at se ud som den gør nu, finder de ud af, at der skal være mere end 120 sorte huller i klyngen med et gennemsnit på ~ 17 gange hver solmasse hver. Det repræsenterer over 20% af hele klyngemassen, godt over dobbelt så meget som forventet for en normal klynge.
Derfor er klyngen opsvulmet; stjernerne i den får orbital energi, når de interagerer med de sorte huller; hver gang de svinger nær klyngekernen (dog ikke nær nok til selve de sorte huller til at blive revet fra hinanden) får de et spark, der gør deres baner større. Med tiden puster klyngen op og bliver mindre tæt. Det gør det også lettere for Mælkevejens tyngdekraft at fjerne dem og danne stjernestrømmene.
Simulering af kuglehoben Palomar 5, der viser sorte huller (sorte prikker) og stjerner (gul). Hovedpanelet viser et bredt billede af klyngen. Øverst til venstre indsætter et nærbillede af dets kerne, og det øverste højre indsætter et bredere billede af dets bane omkring Mælkevejen. Over tid skubbes både sorte huller og stjerner ud af klyngen, men stjerner forlader mere effektivt og efterlader de sorte huller. Kredit: Mark Gieles
De finder ud af, at mange af de vandløb, der ses i den galaktiske glorie, er klynger i de sidste faser af deres liv; opløst ihjel af sorte huller. For Palomar 5 finder de specifikt, at fraktionen af sorte huller vil vokse, indtil omkring en milliard år fra nu er alle de normale stjerner væk, og der kun er sorte huller tilbage, men på det tidspunkt vil klyngen også være i de sidste faser af total opløsning.
Problemet her er observationsmæssigt at bekræfte eller afvise denne idé. Klyngen er langt væk, og det er svært at se selve de sorte huller. De forudsiger, at stjerner i klyngen vil have en 50% større spredning i kredsløbshastigheder end forventet, hvilket kunne måles. De forventer heller ikke at finde nogen binære stjerner (to stjerner, der kredser om hinanden) med en periode større end cirka seks måneder. Enhver binær med stjerner længere fra hinanden end det vil blive trukket fra hinanden af de sorte huller, stjernerne sendes flyvende afsted. Det er også potentielt observerbart.
Tætheden af stjerner i klyngen og tilstedeværelsen eller manglen på stjernestrømme er også observerbar, hvilket gør det muligt at finde flere klynger som Palomar 5.
Der var for nylig et papir, der forudsagde mange sorte huller i kuglehoben NGC 6397, men det blev for nylig (og forsvarligt) tilbagevist af kugleeksperter, der sagde, at klyngen ikke er opsvulmet og sandsynligvis ikke har sorte huller i den kl. alle . Palomar 5 er anderledes, da den er hævet. Der kan også være flere lignende derude i glorie.
For et par årtier siden antages kuglehobe at være stort set ens: Samme alder, samme slags stjerner, samme slags kredsløb og så videre. Vi ved bedre nu. De er forskellige og forskellige, og hver har en historie at fortælle. Palomar 5, underlig som den er, kan have en større og mere ikonisk historie end de fleste.
* Nogle vandløb ses med klynger i dem, men de er inde i hovedgalaksen eller tæt på den; i dette tilfælde taler vi om titusinder af lysår uden for det.
