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这个球状星团很不平凡,因为科学家在这里发现了100个黑洞!

来源:天文在线    2021-07-20  赞(3)  评论(0)

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100个黑洞

Palomar 5号球状星团一直很奇怪。这个星团是已知“最蓬松”星团之一。它的质量比其它星团质量要小,并且恒星之间的距离也非常大。它有两条长长的流光从星团中逸出,并且现在天文学家发现Palomar 5有个新的奇特现象:它的中心隐藏着超过100个黑洞。天文学家组于2021年7月1日宣布,这个奇特的球状星团黑洞数量比预期的大约还多3倍。这个星团20%的质量来自黑洞。这些天文学家预测,总有一天这些恒星会消失不见,只留下黑洞。

 

研究员们在同行评议期刊《自然天文学》上发布了他们的研究。

Palomar 5是球状星团,由众多恒星组成,在银河系的星系晕中运转。1950年,Palomar 5由沃尔特·巴德(Walter Baade)所发现。Palomar 5距离我们有65,000光年远,位于巨蛇座方向。由于该球状星团和星系同时形成,所以年代久远,至今已存在了100亿年。该球状星团正处于消散过程中,长长的恒星流正从该星团流往太空。

这张银河系的全景图显示了恒星集中的亮区以及黑暗、布满尘埃的区域。漂浮在顶部的小块亮区可以获得更深层次的数据,通过该区域,我们可以看到Palomar 5及其潮尾。星团以及星流跨越了20度以上的天空。与之相比,满月只跨越了1/2度。图片来自马克·吉勒斯(Mark Gieles)等人/ Gaia eDR3/ DESI DECaLS/巴塞罗那大学。

和黑洞一样重的球状星团

对于一个球状星团来说,帕洛玛5号的黑洞数量是不寻常的。该论文的第一作者、巴塞罗那大学的马克·吉尔斯(Mark Gieles)说:

“黑洞的数量大约是星团中恒星数量的三倍,这意味着星团总质量中的20%以上是由黑洞提供的。每个黑洞的质量大约是太阳质量的20倍,是在大质量恒星生命末期的超新星爆炸中形成的,那时星团还很年轻。”

巴塞罗那大学宇宙科学研究所的马克·吉勒斯(Mark Gieles)领导这项研究。图片来自巴塞罗那大学。

潮汐流的罗塞塔石碑

和黑洞一样重的星团正在失去恒星,它们从星团流向太空,留下了长长的彗尾,在深空观测中可见。潮汐流是由扰乱星团或矮星系喷射出来的恒星组成的。Palomar 5是唯一一个展现出潮汐流的球状星团。但在过去几年,天文学家发现了近30条与银河系晕中的星系团无关的薄潮汐流。吉勒斯说道:

“我们不知道这些潮汐流是如何形成的,但有一种观点认为它们是扰乱星团。然而,最近发现的潮汐流中没有一个与扰乱星团相关,因此我们无法确定。所以,为了了解这些潮汐流是如何形成的,我们需要研究一个与之相关的恒星系统。Palomar 5是唯一可研究的对象,它成为了解河流形成的罗塞塔石碑,这也是我们详细研究它的原因。”

较高的黑洞密度可能在潮汐流的形成中起着关键作用。他继续说道:

“我们已经证明,极高密度黑洞可能存在于任何一个星团中,从而帮助潮汐流的生成”。

从球状到黑洞星系团

利用计算机建模,科学家们进行了不同的模拟,希望发现一个与帕洛马5号的属性相匹配的。帕洛马5号可能是与较低浓度的黑洞一起形成的。恒星比黑洞更容易逃逸,因此星团中黑洞占恒星的比例增加了。黑洞与恒星的相互作用产生了引力弹弓,这帮助创造了它“蓬松”的外观,导致更多的恒星逃逸,并为流出的“潮汐流"提供燃料。科学家们说,10亿年后,就在星系团完全解散之前,它将完全由黑洞组成。

科学家们的研究为我们了解球状星团的形成、恒星的初始质量和大质量恒星的演化提供了更完整的图景,并对研究引力波有重要的意义。

结论:科学家发现,被称为帕洛马5号的球状星团中大部分是黑洞,有一天它将失去所有恒星,完全由黑洞构成。


 

相关知识

黑洞作为宇宙中的超时空 ,引力 强大到足以吞噬宇宙射线包括光粒子,广义相对论预测当质量天体坍塌压缩到达一定程度,时空变形,产生了黑洞, 无法逃脱的边界称为视阈(视界)。尽管它对经过它的物体的命运甚至宇宙环境有着巨大的影响,多方面探测,目前仍未证实它的天体特征,即禁区“超时空”的存在。

此外,弯曲时空中的量子场论预测,视阈会发出霍金辐射,其光谱与黑体相同,温度与其质量成反比。对于恒星质量的黑洞来说,大约是绝对温度下的十亿分之一,根本无法直接进行观测。

在18世纪,约翰·米歇尔和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯首先考虑了引力场较强及光逃逸的物体。

1916年,卡尔·施瓦茨希尔德(Karl Schwarzschild)根据广义相对论发现了第一个描述黑洞特征的现代方案,1958年,戴维·芬克尔斯坦(David Finkelstein)在首次发表的广义相对论的解释中提到:黑洞是一个没有任何物体可以逃脱的空间阈。黑洞长期以来一直被认为是数学上的新奇事物;直到20世纪60年代,理论研究证明它们普遍证明了广义相对论。1967年,约瑟琳·贝尔·伯奈尔(Jocelyn Bell Burnell)发现了脉冲星(旋转的中子星),这引发了人们对引力坍缩致密天体的兴趣,认为这可能是天体物理学的实现。1971年,几位研究人员独立发现了第一个黑洞天鹅座X-1。

注:中子于1932年发现,美国天文学家同时认为还有高速自转的中子星存在,并于1934年作出预言,这是一种具有恒星质量并且几乎完全由中子构成的致密星体,超新星爆炸之后的遗留物被压缩而来。

BY:Kelly Kizer Whitt

FY:Astronomical volunteer team

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