目前，最新一項(xiàng)研究表明，一個(gè)由數(shù)千顆恒星組成的星團(tuán)可能在10億年內(nèi)分解成幾十個(gè)黑洞。
研究人員稱，這種“黑暗命運(yùn)”可能是由目前位于該星團(tuán)內(nèi)幾十個(gè)黑洞的活動(dòng)引起的，而該發(fā)現(xiàn)可能會(huì)為未來(lái)銀河系中數(shù)十個(gè)類似星團(tuán)的未來(lái)命運(yùn)帶來(lái)啟示。
科學(xué)家分析了球狀星團(tuán)，它們是由古老恒星密集堆積而成的，它們大致呈球形，每個(gè)球狀星團(tuán)都可能包含著多達(dá)數(shù)百萬(wàn)顆恒星，銀河系存在150多個(gè)球狀星團(tuán)，排列在銀河系周圍一個(gè)近似球形的暈狀結(jié)構(gòu)中。
研究人員重點(diǎn)分析了“帕洛馬5號(hào)”星團(tuán)，這是一個(gè)位于銀河系暈中的球狀星團(tuán)，形成已有大約115億年，它距離地球大約65000光年，位于巨蛇星座。
研究報(bào)告作者、西班牙巴塞羅那大學(xué)天體物理學(xué)家馬克·吉爾勒斯稱，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)是宇宙已知最稀疏的球狀星團(tuán)之一，而球狀星團(tuán)平均質(zhì)量是太陽(yáng)的20萬(wàn)倍，平均直徑大約20光年，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的1萬(wàn)倍，其直徑大約130光年，整體密度比球狀星團(tuán)平均數(shù)值低3000倍。
同時(shí)，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)以擁有兩條“長(zhǎng)尾”而聞名，事實(shí)上長(zhǎng)尾是星團(tuán)脫離的恒星構(gòu)成，壯觀的兩條長(zhǎng)尾跨越22800光年，該星團(tuán)迄今觀測(cè)到為數(shù)不多的長(zhǎng)尾星團(tuán)之一，通過這項(xiàng)研究將有助于科學(xué)家更全面地了解星團(tuán)長(zhǎng)尾是如何形成的。
之前研究表明，帕洛馬5號(hào)長(zhǎng)尾是由銀河系撕碎該星團(tuán)導(dǎo)致的，星系引力對(duì)該星團(tuán)的一側(cè)牽引力導(dǎo)致整體失衡，最終導(dǎo)致星團(tuán)一側(cè)被撕裂，這是月球引力在地球上產(chǎn)生海洋潮汐的一個(gè)極端版本。這種所謂的“潮汐剝離”可能不僅有助于解釋帕洛馬5號(hào)星團(tuán)的長(zhǎng)尾結(jié)構(gòu)，還將解釋近期在銀河系光暈結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的幾十條狹窄的恒星流。
吉爾勒斯說(shuō)：“我將帕洛馬5號(hào)星團(tuán)看作是‘羅塞塔石碑’，它讓幫助我們更深入地了解宇宙星河的形成過程，洞察宇宙星河的起源。”
科學(xué)家認(rèn)為，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)密度很低，很容易被潮汐引力剝離，從而形成尾狀結(jié)構(gòu)。然而，它的部分恒星特征表明，它可能曾經(jīng)是一個(gè)密度更大的球狀星團(tuán)。
目前，吉爾勒斯和同事認(rèn)為，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)可能曾經(jīng)密度很大，目前的稀疏性和長(zhǎng)尾結(jié)構(gòu)可能是由于其內(nèi)部潛伏著100多個(gè)黑洞所導(dǎo)致的。
研究人員模擬了帕洛馬5號(hào)星團(tuán)中每顆恒星的軌道和演變過程，直到這個(gè)球狀星團(tuán)最終解體。他們改變了模擬星團(tuán)的初始屬性，直到他們發(fā)現(xiàn)該星團(tuán)和長(zhǎng)尾結(jié)構(gòu)的實(shí)際觀測(cè)結(jié)果與之匹配。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，帕洛馬5號(hào)的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)尾可能是由占該星團(tuán)質(zhì)量20%的黑洞導(dǎo)致的，具體而言，他們認(rèn)為帕洛馬5號(hào)星團(tuán)目前可能擁有124個(gè)黑洞，每個(gè)黑洞平均是太陽(yáng)質(zhì)量的17.2倍。吉爾勒斯稱，總體而言，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)中的黑洞數(shù)量是相近質(zhì)量大小球狀星團(tuán)所擁有黑洞數(shù)量的3倍。
在這種情況下，像典型的球狀星團(tuán)一樣，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)由僅占其質(zhì)量一小部分的黑洞組成。然而，黑洞的作用卻不容小覷，黑洞引力對(duì)周邊的恒星造成影響，使該星團(tuán)不斷膨脹，從而更容易被銀河系引力撕裂。他們模擬計(jì)算顯示，10億年之后，帕洛馬5號(hào)星團(tuán)可能會(huì)將所有恒星噴射出去，僅殘留黑洞。
吉爾勒斯和同事認(rèn)為，密度較大的球狀星團(tuán)內(nèi)部引力相互作用可能促使它們噴射出大部分黑洞，因此密度較大的球狀星團(tuán)可能僅保留它們的大部分恒星，與此相反，研究人員發(fā)現(xiàn)像帕洛馬5號(hào)這樣的球狀星團(tuán)在最初密度較低的時(shí)期，可能會(huì)拋出較少的黑洞，而不是釋放它們的大部分恒星。因此，黑洞可能完全主宰這些球狀星團(tuán)，并占據(jù)該星團(tuán)100%的質(zhì)量。
吉爾勒斯說(shuō)：“最讓我興奮的是，我終于明白為什么一些星團(tuán)很大，而另一些星團(tuán)則很小，許多人會(huì)簡(jiǎn)單地認(rèn)為，這是不同的形成渠道所致，也就是宇宙自然演變的結(jié)果，我們的研究表明，外觀上的差異是由進(jìn)化決定的，也就是后天演變過程形成的結(jié)果。”
由于帕洛馬5號(hào)星團(tuán)的特征也存在于其他密集星團(tuán)，從而可以推測(cè)該星團(tuán)可能與其他星團(tuán)的形成方式十分接近。
吉爾勒斯稱，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)沒有黑洞的帕洛馬5號(hào)星團(tuán)模型，其密度未達(dá)到最初形成時(shí)的密度等級(jí)，但它也符合天文學(xué)家觀測(cè)到的所有細(xì)節(jié)，然而這種方式形成星團(tuán)的概率僅有0.5%。“無(wú)黑洞”星團(tuán)模型在宇宙中不太可能出現(xiàn)，也不能解決帕洛馬5號(hào)星團(tuán)類似其他致密星團(tuán)的問題。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能有助于揭曉銀河系10%球狀星團(tuán)的形成之謎，它們像帕洛馬5號(hào)星團(tuán)一樣蓬松，質(zhì)量不足太陽(yáng)的10萬(wàn)倍，但它們的直徑超過65光年。研究人員認(rèn)為，這些蓬松的球狀星團(tuán)富含黑洞，最終可能會(huì)完全溶解，產(chǎn)生許多稀薄的恒星流。未來(lái)的研究可通過分析帕洛馬5號(hào)星團(tuán)更多地了解其內(nèi)部黑洞，目前這項(xiàng)最新研究報(bào)告發(fā)表在7月5日出版的《自然天文學(xué)雜志》上。（葉傾城）
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