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Gli astronomi hanno scoperto un numero enorme di buchi neri in un ammasso stellare “sottile” nella nostra galassia

Questa è l’impressione di un artista della concentrazione di buchi neri. Credito: ESA/Hubble, N. Bartmann

Palomar 5 è un ammasso stellare unico. Questo innanzitutto perché è uno degli ammassi “più sottili” dell’alone della nostra galassia, con la distanza media tra le stelle di pochi anni luce, rispetto alla distanza dal Sole alla stella più vicina. In secondo luogo, ha un flusso stellare ad esso associato che si estende per più di 20 gradi nel cielo. In un documento di ricerca pubblicato il 5 luglio 2021, in astronomia naturale, un team internazionale di astronomi e astrofisici guidato dall’Università di Barcellona ha dimostrato che entrambe le caratteristiche distintive di Palomar 5 sono probabilmente il risultato di una massiccia popolazione di buchi neri con più di 100 buchi neri al centro dell’ammasso.

Il numero di buchi neri è circa tre volte maggiore di quanto ci si aspetterebbe rispetto al numero di stelle in un ammasso, il che significa che oltre il 20% della massa totale dell’ammasso è costituito da buchi neri. Ognuno ha una massa circa 20 volte la massa del Sole e si è formato in esplosioni di supernova alla fine della vita di stelle massicce, quando la massa era ancora molto piccola, afferma il professor Mark Gillis, dell’Istituto di cosmologia dell’Università di Barcellona ( ICCUB) e autore principale del documento.

Sky View dati Gaia eDR3

Sopra c’è la vista dell’intero cielo in coordinate galattiche. Il numero di stelle è maggiore nelle regioni più luminose. La maggior parte dell’immagine, dove è visibile il piano della Via Lattea (b = 0°), è prodotta utilizzando i dati Gaia eDR3. La piccola macchia in alto al centro mostra una regione in cui sono disponibili dati DESI Degenerative Imaging Survey (DECaLS) più profondi, che consentono di vedere il Palomar 5 e le sue code di marea. Credito: M. Gieles et al./Gaia eDR3/DESI DECaLS

Le correnti di marea sono flussi di stelle espulsi da ammassi stellari o galassie nane. Negli ultimi anni sono stati rilevati quasi trenta flussi sottili nell’alone della Via Lattea. “Non sappiamo come si formano questi flussi, ma un’idea è che siano ammassi stellari rotti. Tuttavia, nessuno dei flussi scoperti di recente ha un ammasso stellare associato, quindi non possiamo esserne sicuri. Quindi, per capire come si formano questi flussi, abbiamo bisogno di studiarne uno con un sistema stellare associato.Palomar 5 è l’unico caso, il che lo rende una stele di Rosetta per comprendere la formazione del flusso ed è per questo che l’abbiamo studiato in dettaglio “, spiega Gieles.

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Gli autori simulano le orbite e l’evoluzione di ogni stella dalla formazione dell’ammasso al suo decadimento finale. Hanno variato le caratteristiche iniziali del gruppo fino a trovare una buona corrispondenza con le osservazioni correnti e di gruppo. Il team ha scoperto che Palomar 5 si è formato con una frazione di buco nero ridotta, ma le stelle sono fuggite in modo più efficiente dai buchi neri, così che la frazione di buco nero è aumentata gradualmente. I buchi neri hanno fatto esplodere massa in modo dinamico nelle loro interazioni gravitazionali con le stelle, determinando più stelle in fuga e formazione di flussi. Prima che si sciolga completamente – circa un miliardo di anni da oggi – l’ammasso sarà composto interamente da buchi neri.

Mark Gillies

Il ricercatore ICCUB Mark Gillis. Credito: ICCUB

Gieles osserva che in questo articolo “abbiamo mostrato che la presenza di un gran numero di buchi neri può essere comune a tutti i gruppi che hanno formato correnti”. Questo è importante per la nostra comprensione della formazione degli ammassi globulari, delle masse iniziali delle stelle e dell’evoluzione delle stelle massicce. Questo lavoro ha anche importanti implicazioni per le onde gravitazionali.

Le simulazioni mostrano la formazione delle correnti di marea per il Gruppo 5 di Palomar e la distribuzione dei buchi neri. Le stelle sono mostrate in giallo e i buchi neri in nero.

Palomar 5 è un ammasso globulare scoperto da Walter Bade nel 1950. Si trova nella costellazione del Serpente a una distanza di circa 65.000 anni luce, ed è uno dei circa 150 ammassi globulari in orbita attorno alla Via Lattea. Ha più di 10 miliardi di anni, come la maggior parte degli altri ammassi globulari, il che significa che si è formato nelle prime fasi della formazione galattica. È circa 10 volte meno massiccio e 5 volte più esteso di una tipica massa sferica e nelle fasi finali di dissoluzione.

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Riferimento: “Massive cluster of stellar-mass black hole in globular Palomar 5” di Mark Gillis, Dennis Ercal, Fabio Antonini, Eduardo Balbinot e Jorge Benarubia, 5 luglio 2021, astronomia naturale.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01392-2