Buchi Neri

Questo ammasso stellare sta lentamente venendo invaso dai buchi neri. Tra un miliardo di anni lo uccideranno.

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Un lontano ammasso di stelle in orbita attorno alla nostra galassia ha un destino oscuro che lo aspetta : Viene lentamente conquistato dai buchi neri, e tra un miliardo di anni, proprio mentre si dissolverà finalmente nello spazio, sarà interamente costituito da buchi neri.

Questo può sembrare strano, ma in realtà può accadere abbastanza spesso a tali cluster.

L'oggetto in questione si chiama Palomar 5. È un ammasso globulare, che di solito sono raccolte fitte di centinaia di migliaia se non milioni di stelle in una raccolta approssimativamente a forma di palla di un paio di dozzine di anni luce.



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Ma Palomar 5 è strano. Per prima cosa, è molto scarso, con solo circa 1.500 stelle. Per un altro è insolitamente grande, ben più di cento anni luce. Ciò significa che è una densità molto bassa, con stelle distanti in media pochi anni luce. È simile alle distanze tra le stelle qui nei sobborghi galattici dove si trova il Sole, ma in un tipico ammasso globulare ci sono migliaia di stelle in quello stesso spazio.

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Una mappa di Palomar 5 (la macchia bianca) e dei suoi flussi stellari, utilizzando i dati dello Sloan Digital Sky Survey. Credito: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS

Palomar 5 è nell'alone galattico, a 80.000 anni luce da noi, ben al di fuori del corpo principale della galassia. Molti globulari orbitano così lontano, ma non sono i soli. Negli ultimi anni, gli astronomi hanno scoperto flussi stellari là fuori: lunghe e sottili stelle filanti che si muovono tutte intorno alla galassia lungo la stessa orbita. Si pensa che questi si formino quando le stelle vengono strappate dagli ammassi globulari (o piccole galassie nane) dalla gravità della Via Lattea. Ma nessun ammasso è mai stato visto incastonato in questi flussi più distanti.

Tranne Palomar 5*. Ha enormi scie di stelle che lo guidano e si trascinano dietro, che si estendono per oltre 20° nel cielo (la dimensione apparente di entrambi i pugni insieme alla lunghezza delle braccia). Questo lo rende una sorta di chiave per capire cosa sta succedendo là fuori.

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L'ammasso globulare Palomar 5 (il debole insieme di stelle al centro) è un insieme sciolto di circa 1.500 stelle a 80.000 anni luce dalla Terra. Credito: NASA/GSFC/Skyview/SDSS

Per cercare di capire perché Palomar 5 è così strano, un team di astronomi l'ha attaccato con la fisica . Hanno usato un modello al computer che consente loro di simulare ciò che accadrebbe a un ammasso per lunghi periodi di tempo (dalla sua formazione 11-12 miliardi di anni fa fino a oggi e nel futuro) mentre le stelle al suo interno interagiscono gravitazionalmente, nonché come le stelle cambiano in quel tempo (come si chiama evoluzione stellare ; stelle che invecchiano e si trasformano in giganti rosse o esplodendo come supernova ).

"canzone del sud"

Utilizzando vari modelli e ipotesi (come il numero di stelle con cui inizia l'ammasso) sono stati in grado di ottenere una coppia che si adattasse abbastanza bene all'aspetto attuale dell'ammasso, inclusa l'esistenza dei flussi. Anche se l'ammasso inizia con centinaia di migliaia di stelle, le perde nel tempo con effetti diversi. Ad esempio, le stelle massicce esplodono e formano stelle di neutroni o buchi neri. A volte questo dà all'oggetto rimanente un enorme calcio che può espellerlo completamente dal cluster. Inoltre, le stelle possono lasciare l'ammasso se interagiscono gravitazionalmente con altre stelle e/o buchi neri.

All'inizio, dopo la formazione dell'ammasso, il numero di buchi neri aumenta man mano che le stelle massicce esplodono per formarli. Quindi, nei successivi cento milioni di anni circa il numero di buchi neri diminuisce quanti vengono espulsi dal nucleo dalle interazioni gravitazionali (quanto è grande questo effetto dipende principalmente da quanto densamente è l'ammasso; più è denso più interazioni ci sono).

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Diagramma dell'orbita di Palomar 5 attorno alla Via Lattea, che mostra i suoi flussi stellari e la posizione del Sole. Credito: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS Hubble Heritage project (STScI/NASA)

Quello che hanno scoperto, tuttavia, è che per lunghi periodi di tempo i buchi neri nel nucleo tendono ad aiutare a espellere le stelle nell'ammasso in modo abbastanza efficiente. Ciò significa che la frazione di buchi neri nell'ammasso rispetto al numero di stelle in totale aumenta nel tempo. Per far apparire l'ammasso come appare ora, scoprono che devono esserci più di 120 buchi neri nell'ammasso con una media di circa 17 volte la massa del Sole ciascuno. Ciò rappresenta oltre il 20% dell'intera massa dell'ammasso, ben oltre il doppio di quanto previsto per un ammasso normale.

Ecco perché il grappolo è gonfio; le stelle al suo interno stanno guadagnando energia orbitale mentre interagiscono con i buchi neri; ogni volta che oscillano vicino al nucleo dell'ammasso (sebbene non abbastanza vicino ai buchi neri stessi da essere fatti a pezzi) ricevono un calcio che rende le loro orbite più grandi. Con il tempo il grappolo si gonfia e diventa meno denso. Ciò rende anche più facile per la gravità della Via Lattea strapparli via, formando i flussi stellari.

Simulazione dell'ammasso globulare Palomar 5 che mostra buchi neri (punti neri) e stelle (giallo). Il pannello principale mostra un'ampia vista del cluster. In alto a sinistra è inserito un primo piano del suo nucleo e in alto a destra una vista più ampia della sua orbita attorno alla Via Lattea. Nel tempo, sia i buchi neri che le stelle vengono espulsi dall'ammasso, ma le stelle escono in modo più efficiente, lasciandosi dietro i buchi neri. Credito: Mark Gieles

Scoprono che molti dei flussi visti nell'alone galattico sono ammassi nelle fasi finali della loro vita; dissolto a morte dai buchi neri. Per Palomar 5 in particolare scoprono che la frazione del buco nero crescerà fino a quando, circa un miliardo di anni da oggi, tutte le stelle normali saranno scomparse e rimarranno solo buchi neri, ma per allora anche l'ammasso sarà nelle ultime fasi della dissoluzione totale.

Il problema qui è confermare o confutare questa idea osservativamente. L'ammasso è molto lontano e vedere i buchi neri stessi è difficile. Prevedono che le stelle nell'ammasso avranno una diffusione del 50% maggiore nelle velocità orbitali del previsto, che potrebbe essere misurato. Inoltre, non si aspettano di trovare alcuna stella binaria (due stelle in orbita l'una intorno all'altra) con un periodo maggiore di circa sei mesi. Qualsiasi binario con stelle più distanti di così verrà separato dai buchi neri, le stelle inviate in volo. Anche questo è potenzialmente osservabile.

Inoltre, è osservabile anche la densità di stelle nell'ammasso e la presenza o assenza di flussi stellari, rendendo possibile trovare più ammassi come Palomar 5.

C'è stato un articolo recentemente che prevedeva molti buchi neri nell'ammasso globulare NGC 6397, ma è stato più recentemente (e sonoramente) confutato da esperti globulari che affermano che l'ammasso non è gonfio ed è improbabile che abbia buchi neri al suo interno Tutti . Palomar 5 è diverso, poiché è gonfio. Potrebbero essercene altri simili anche nell'alone.

Alcuni decenni fa si pensava che gli ammassi globulari fossero tutti più o meno uguali: stessa età, stesso tipo di stelle, stesso tipo di orbite e così via. Lo sappiamo meglio ora. Sono vari e diversi, e ognuno ha una storia da raccontare. Palomar 5, per quanto strano, potrebbe avere una storia più grande e iconica della maggior parte.

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* Alcuni flussi sono visti con ammassi al loro interno, ma sono all'interno della galassia principale o vicino ad essa; in questo caso stiamo parlando di decine di migliaia di anni luce al di fuori di esso.



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