球状星团10亿年溶解成一群由几十个黑洞组成的星团 距地球约 65,000 光年

　　一项新的研究发现，一个由成千上万颗恒星组成的星团可能会在10亿年内溶解成一群由几十个黑洞组成的星团。

　　研究人员说：“这种黑暗的命运可能源于目前可能位于该星团内的几个黑洞的活动，这一发现可能会为银河系中数十个类似星团的未来提供启示。”

　　科学家们分析了球状星团，它们是古老恒星的密集集合。它们大致呈球形，每个可能包含多达数百万颗恒星。银河系拥有超过 150 个球状星团，它们排列在银河系周围的近乎球形的光晕中。

　　研究人员将注意力集中在 Palomar 5 上，这是一个大约 115 亿年历史的球状星团，位于银河系的光环中，距离地球大约 65,000 光年，位于大蛇星座。

　　Palomar 5 是已知的最稀疏的球状星团之一。球状星团的平均质量约为太阳质量的200,000 倍，直径约为 20 光年，而 Palomar 5 的质量约为太阳质量的 10,000 倍，但直径约为 130 光年，总体上使其密度降低了约 3,000 倍研究的主要作者、西班牙巴塞罗那大学的天体物理学家 Mark Gieles 告诉 Space.com。

　　与此同时，Palomar 5 以其两条长尾流而闻名，由球状星团脱落的恒星组成。这些壮观的尾巴长度超过 22,800光年——横跨天空超过 20 度，或大约是满月表观直径的 40 倍。Palomar 5 是为数不多的已知具有如此长尾巴的星团之一，这使其成为了解此类尾巴如何形成的关键。

　　先前的研究表明，Palomar 5 的尾巴是银河系分裂球状星团的方式造成的。星系的引力在帕洛玛 5 的一侧比另一侧更强，将其撕裂——这是月球引力如何导致地球潮汐的极端版本。这种所谓的“潮汐剥离”不仅有助于解释 Palomar 5 的尾部，还有助于解释最近在银河系晕中发现的几十条狭窄的恒星流。

　　“我将 Palomar 5 视为罗塞塔石碑，它使我们能够了解溪流的形成并了解溪流的祖先。”吉勒斯说。

　　科学家们认为，Palomar 5 形成时密度较低，很容易被潮汐剥离而撕裂并形成尾巴。然而，它的许多恒星的特性表明它曾经类似于密度更大的球状星团。

　　现在 Gieles 和他的同事们认为，Palomar 5 可能确实曾经比现在密度大得多，它目前的稀疏性质和长尾巴可能是由于其中潜伏着 100 多个黑洞。

　　研究人员模拟了 Palomar 5 内每颗恒星的轨道和演化，直到球状星团最终解体。他们改变了模拟集群的初始属性，直到他们发现与集群及其尾部的实际观察结果良好匹配。

　　科学家们发现，Palomar 5 的结构和尾巴可能是由约占球状星团质量 20％ 的黑洞产生的。具体来说，他们认为帕洛马 5 号目前可能拥有 124 个黑洞，每个黑洞的平均质量约为太阳质量的 17.2 倍。Gieles 说：“总的来说，这是目前人们对这种质量的球状星团所预期的黑洞数量的三倍。”

　　在这种情况下，Palomar 5 就像典型的球状星团一样，由仅占其质量一小部分的黑洞组成。然而，黑洞的引力围绕在靠近它们的恒星周围，使星团膨胀，使银河系的引力更容易将恒星撕裂。十亿年后，他们计算出 Palomar 5 可能已经喷射了它所有的恒星，只留下黑洞。

　　Gieles 和他的同事认为，密集球状星团内的引力相互作用可能会驱使它们喷射出大部分黑洞。因此，密集的球状星团可能会保留大部分恒星。相比之下，研究人员发现，开始时密度较低的球状星团，例如帕洛玛 5，可能会喷射出较少的黑洞，反而会甩掉大部分恒星。因此，黑洞可能会完全支配这些球状星团，占其质量的 100％。

　　“我最兴奋的是终于理解了为什么有些星团很大，而有些星团很小。”Gieles 说。“许多人只是简单地认为这是不同形成渠道的结果——也就是自然。我们证明了外观的差异是由于进化——也就是养育。”

　　“因为 Palomar 5 有几个在所有其他密集星团中也发现的特殊特征，我们可以协调这些发现并假设 Palomar 5 可能以与所有其他星团相似的方式形成。”Gieles 补充道。

　　研究人员发现，当谈到银河系外晕中的球状星团——也就是那些离银河系中心比太阳更远的星团时——“大约一半的星团似乎与帕洛玛 5 相当，另一半是更密集。”吉尔斯说。研究人员说：“与 Palomar 5 相似的那一半可能会经历类似的黑洞主导命运。”

　　吉勒斯警告说：“他们能够设计出一个没有黑洞且形成时密度不高的 Palomar 5 模型，但也与天文学家看到的所有细节相匹配。”尽管如此，他表示 Palomar 5 以这种方式形成的可能性只有 0.5％。

　　“‘无黑洞’模型在自然界中不太可能发生，并且不能解决Palomar 5 具有与其他密集星团相似的特性的问题。”吉勒斯说。

　　这些发现可能有助于揭示银河系 10％ 的球状星团，它们像Palomar 5 一样蓬松，它们的质量不到太阳质量的 100,000 倍，但直径超过 65 光年。研究人员认为，这些蓬松的球状星团富含黑洞，最终可能会完全溶解，从而产生许多稀薄的恒星流。

　　Gieles 说：“未来的研究可以分析 Palomar 5 以了解更多关于它的黑洞的信息。”