Астрономы выяснили, что в центре звёздного скопления Млечного Пути Palomar 5 может находиться более 100 чёрных дыр звёздной массы. По расчётам учёных, именно они ответственны за необычную структуру этого объекта — разреженное ядро и длинный «хвост» из звёзд, растянувшийся на десятки тысяч световых лет.
Palomar 5 расположен примерно в 80 000 световых лет от Земли и образует звёздный поток длиной около 30 000 световых лет. Он относится к шаровым скоплениям — плотным сферическим системам из очень старых звёзд, которые считаются «ископаемыми» ранней Вселенной. В таких скоплениях обычно содержится от 100 000 до 1 миллиона звёзд, сформировавшихся одновременно из одного газового облака.
Во Млечном Пути известно более 150 шаровых скоплений, они широко используются для изучения эволюции галактик и распределения тёмной материи. Однако в последние годы всё больше внимания привлекают звёздные потоки — вытянутые структуры из звёзд, образовавшиеся при разрушении скоплений гравитацией Галактики.
Ранее такие объекты было трудно обнаружить, но данные космической обсерватории Gaia позволили построить точную трёхмерную карту Млечного Пути. Это помогло выявить десятки новых потоков. Как объяснял в 2021 году астрофизик Марк Гилес (Mark Gieles) из Барселонского университета (University of Barcelona), большинство таких потоков не связано с видимыми скоплениями, поэтому Palomar 5 стал уникальным объектом для изучения их происхождения.
Palomar 5 выделяется тем, что сочетает очень разреженное звёздное распределение с длинным приливным потоком, охватывающим более 20° на небе. Чтобы понять, как возникла такая структура, команда Гилеса провела детальное компьютерное моделирование, проследив эволюцию орбит отдельных звёзд с помощью N-body-симуляций — расчётов, учитывающих гравитационное взаимодействие большого числа объектов.
В часть моделей были включены чёрные дыры, поскольку ранее появились данные о том, что они могут скапливаться в центрах шаровых скоплений. Расчёты показали, что только при наличии большого числа чёрных дыр можно воспроизвести современный вид Palomar 5. Их гравитационное воздействие «выбрасывало» звёзды из скопления в поток, причём звёзды покидали систему быстрее, чем сами чёрные дыры.
В результате доля чёрных дыр постепенно возрастала. По словам Гилеса, их число оказалось примерно в 3 раза выше ожидаемого, и более 20% массы всего скопления приходится именно на них. Масса каждой такой чёрной дыры составляет около 20 масс Солнца. Они образовались в результате взрывов сверхновых в первые сотни миллионов лет существования скопления.
Исследование также показало, что примерно через 1 миллиард лет Palomar 5 полностью распадётся. Перед этим он будет состоять почти исключительно из чёрных дыр, обращающихся вокруг центра Галактики. Это означает, что подобная судьба может ожидать и другие шаровые скопления. Кроме того, такие объекты могут быть важными «инкубаторами» двойных чёрных дыр, которые со временем сливаются и становятся источниками гравитационных волн. Как отметил астрофизик Фабио Антонини (Fabio Antonini) из Кардиффского университета (Cardiff University), предложенный метод позволяет оценивать число чёрных дыр в скоплениях по тому, как они «выбрасывают» звёзды во внешнее пространство.