gov-civil-vilareal.ptEste aglomerado de estrelas está lentamente sendo dominado por buracos negros. Em um bilhão de anos, eles o matarão.
>Um distante aglomerado de estrelas orbitando nossa galáxia tem um destino sombrio esperando por isso : Está sendo lentamente assumido por buracos negros e, em um bilhão de anos, assim que finalmente se dissolver no espaço, será inteiramente feito de buracos negros.
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Isso pode parecer estranho, mas na verdade pode acontecer com bastante frequência com esses clusters.
O objeto em questão é chamado de Palomar 5. É um aglomerado globular, que geralmente são coleções compactadas de centenas de milhares, senão milhões de estrelas em uma coleção em forma de bola com algumas dezenas de anos-luz de diâmetro.
Mas Palomar 5 é estranho. Por um lado, é muito esparso, com apenas cerca de 1.500 estrelas nele. Por outro lado, é extraordinariamente grande, com bem mais de cem anos-luz de tamanho. Isso significa que é de densidade muito baixa, com estrelas com alguns anos-luz de distância em média. Isso é semelhante a distâncias entre estrelas aqui nos subúrbios galácticos onde o Sol está - mas em um aglomerado globular típico há milhares de estrelas no mesmo espaço.
Um mapa de Palomar 5 (a mancha branca) e seus riachos estelares, usando dados do Sloan Digital Sky Survey. Crédito: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg / SDSS
Palomar 5 está no halo galáctico, a 80.000 anos-luz de nós, bem fora do corpo principal da galáxia. Muitos globulares orbitam tão longe, mas eles não estão sozinhos. Nos últimos anos, os astrônomos descobriram córregos estelares lá fora: fitas longas e finas de estrelas movendo-se ao redor da galáxia ao longo da mesma órbita. Pensa-se que estas são formadas à medida que as estrelas são retiradas dos aglomerados globulares (ou pequenas galáxias anãs) pela gravidade da Via Láctea. Mas nenhum cluster jamais foi visto embutido nesses riachos mais distantes.
Exceto para Palomar 5*. Tem enormes rastros de estrelas à frente e atrás, estendendo-se por mais de 20 ° no céu (o tamanho aparente de ambos os punhos juntos no comprimento dos braços). Isso o torna uma espécie de chave para entender o que está acontecendo lá fora.
O aglomerado globular Palomar 5 (a tênue coleção de estrelas no meio) é uma coleção solta de cerca de 1.500 estrelas a 80.000 anos-luz da Terra. Crédito: NASA / GSFC / Skyview / SDSS
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Para tentar entender por que Palomar 5 é tão estranho, uma equipe de astrônomos o atacou com física . Eles usaram um modelo de computador que lhes permite simular o que aconteceria a um aglomerado em longos períodos de tempo (desde sua formação 11-12 bilhões de anos atrás até hoje e no futuro) enquanto as estrelas dentro dele interagem gravitacionalmente, bem como como as estrelas mudam ao longo desse tempo (o que é chamado evolução estelar ; estrelas envelhecendo e se transformando em gigantes vermelhos ou explodindo como supernovas )
Usando vários modelos e suposições (como o número de estrelas com que o aglomerado começa), eles foram capazes de obter um par que se encaixava com a aparência atual do aglomerado muito bem, incluindo a existência dos fluxos. Mesmo que o aglomerado comece com centenas de milhares de estrelas, ele as perde com o tempo para efeitos diferentes. Por exemplo, estrelas massivas explodem e formam estrelas de nêutrons ou buracos negros. Às vezes, isso dá ao objeto restante um grande chute que pode ejetá-lo inteiramente do cluster. Além disso, as estrelas podem deixar o aglomerado se interagirem gravitacionalmente com outras estrelas e / ou buracos negros.
No início, depois que o aglomerado se forma, o número de buracos negros aumenta à medida que estrelas massivas explodem para formá-los. Então, nos próximos cem milhões de anos ou mais, o número de buracos negros diminui já que muitos são ejetados do núcleo por interações gravitacionais (o tamanho do efeito depende principalmente de quão densamente compactado é o aglomerado; quanto mais denso é, mais interações existem).
Diagrama da órbita de Palomar 5 em torno da Via Láctea, mostrando seus fluxos estelares e a posição do sol. Crédito: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg / projeto SDSS Hubble Heritage (STScI / NASA)
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O que eles descobriram, porém, é que durante longos períodos de tempo os buracos negros no núcleo tendem a ajudar a ejetar as estrelas no aglomerado de forma bastante eficiente. Isso significa que a fração de buracos negros no aglomerado em comparação com o número de estrelas no total aumenta com o tempo. Para fazer com que o aglomerado tenha a aparência que tem agora, eles descobriram que deve haver mais de 120 buracos negros no aglomerado com uma média de ~ 17 vezes a massa do Sol cada. Isso representa mais de 20% de toda a massa do cluster, bem mais do que o dobro do esperado para um cluster normal.
É por isso que o cluster está inchado; as estrelas nele estão ganhando energia orbital à medida que interagem com os buracos negros; toda vez que eles balançam perto do núcleo do cluster (embora não perto o suficiente dos próprios buracos negros para serem dilacerados), eles recebem um chute que torna suas órbitas maiores. Com o tempo, o cluster incha e fica menos denso. Isso também torna mais fácil para a gravidade da Via Láctea removê-los, formando os fluxos estelares.
Simulação do aglomerado globular Palomar 5 mostrando buracos negros (pontos pretos) e estrelas (amarelos). O painel principal mostra uma visão ampla do cluster. O canto superior esquerdo mostra um close de seu núcleo, e o canto superior direito mostra uma visão mais ampla de sua órbita ao redor da Via Láctea. Com o tempo, tanto os buracos negros quanto as estrelas são ejetados do aglomerado, mas as estrelas saem com mais eficiência, deixando os buracos negros para trás. Crédito: Mark Gieles
Eles descobrem que muitos dos riachos vistos no halo galáctico são aglomerados nos estágios finais de suas vidas; dissolvido até a morte por buracos negros. Para Palomar 5, especificamente, eles descobriram que a fração de buracos negros crescerá até que, cerca de um bilhão de anos a partir de agora, todas as estrelas normais tenham desaparecido e apenas os buracos negros permaneçam, mas então o aglomerado também estará nos últimos estágios de dissolução total.
O problema aqui é confirmar ou refutar essa ideia por observação. O aglomerado está muito distante e é difícil ver os próprios buracos negros. Eles preveem que as estrelas do aglomerado terão uma propagação 50% maior em velocidades orbitais do que o esperado, o que poderia ser medido. Eles também não esperam encontrar estrelas binárias (duas estrelas orbitando uma a outra) com um período maior do que cerca de seis meses. Qualquer binário com estrelas mais distantes do que isso será separado pelos buracos negros, as estrelas enviadas voando. Isso também é potencialmente observável.
Além disso, a densidade de estrelas no aglomerado e a presença ou ausência de fluxos estelares também são observáveis, tornando possível encontrar mais aglomerados como Palomar 5.
Recentemente, publicou-se um artigo que previa muitos buracos negros no aglomerado globular NGC 6397, mas foi mais recentemente (e profundamente) refutado por especialistas globulares dizendo que o aglomerado não é inchado e é improvável que tenha quaisquer buracos negros em tudo . Palomar 5 é diferente, pois é inchado. Pode haver mais coisas parecidas lá fora no halo também.
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Algumas décadas atrás, pensava-se que os aglomerados globulares eram praticamente iguais: a mesma idade, o mesmo tipo de estrela, o mesmo tipo de órbita e assim por diante. Nós sabemos melhor agora. Eles são variados e diversos, e cada um tem uma história para contar. Palomar 5, por mais estranho que seja, pode ter uma história maior e mais icônica do que a maioria.
* Alguns riachos são vistos com aglomerados, mas eles estão dentro da galáxia principal ou perto dela; neste caso, estamos falando de dezenas de milhares de anos-luz fora dela.
