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| Esta es una impresión artística de una concentración de agujeros negros. Crédito: ESA/Hubble, N. Bartmann |
Una población supra-masiva de agujeros negros de masa estelar en el cúmulo globular Palomar 5
Palomar 5 es un cúmulo estelar único. En un artículo publicado hoy en Nature
Astronomy, un equipo internacional de astrofísicos dirigido por la Universidad
de Barcelona muestra que las características distintivas de Palomar 5 son
probablemente el resultado de una población de
agujeros negros sobredimensionada, de más de 100, en el centro del cúmulo.
"El número de agujeros negros es aproximadamente tres veces mayor de lo
esperado a partir del número de estrellas del cúmulo, y significa que más
del 20% de la masa total del cúmulo está formada por agujeros negros. Cada
uno de ellos tiene una masa de unas 20 veces la del Sol, y se formaron en
explosiones de supernovas al final de la vida de las estrellas masivas,
cuando el cúmulo era aún muy joven", afirma el profesor Mark Gieles, del Instituto de Ciencias del Cosmos de la
Universidad de Barcelona (ICCUB) y autor principal del trabajo.
Las
corrientes de marea son corrientes de estrellas que fueron expulsadas de
cúmulos estelares o galaxias enanas en disrupción. En los últimos años, se han
descubierto casi treinta corrientes delgadas en el halo de la Vía Láctea. "No
sabemos cómo se forman estas corrientes, pero una idea es que se trata de
cúmulos estelares perturbados. Sin embargo, ninguna de las corrientes
descubiertas recientemente tiene un cúmulo estelar asociado, por lo que no
podemos estar seguros. Así que, para entender cómo se formaron estas
corrientes, necesitamos estudiar una con un sistema estelar asociado. Palomar
5 es el único caso, lo que lo convierte en una piedra Rosetta para entender la
formación de las corrientes y por eso lo estudiamos en detalle", explica
Gieles.
Los autores simularon las órbitas y la evolución de cada
estrella desde la formación del cúmulo hasta la disolución final. Variaron las
propiedades iniciales del cúmulo hasta encontrar una buena coincidencia con
las observaciones de la corriente y el cúmulo. El equipo descubrió que Palomar
5 se formó con una fracción de agujeros negros más baja, pero las estrellas
escaparon con más eficacia que los agujeros negros, de modo que la fracción de
agujeros negros aumentó gradualmente. Los agujeros negros hincharon
dinámicamente el cúmulo en interacciones gravitacionales de honda con las
estrellas, lo que llevó a que se escaparan aún más estrellas y a la formación
de la corriente. Justo antes de que se disuelva por completo -aproximadamente
dentro de mil millones de años-, el cúmulo estará formado en su totalidad por
agujeros negros. "Este trabajo nos ha ayudado a comprender que, aunque el
esponjoso cúmulo de Palomar 5 tiene las colas más brillantes y largas de todos
los cúmulos de la Vía Láctea, no es único. Por el contrario, creemos que
muchos cúmulos hinchados similares, dominados por agujeros negros, ya se han
desintegrado en las mareas de la Vía Láctea para formar las delgadas
corrientes estelares descubiertas recientemente", afirma el coautor, el Dr.
Denis Erkal, de la Universidad de Surrey.
Gieles dice:
"Hemos demostrado que la presencia de una gran población de agujeros
negros puede haber sido común en todos los cúmulos que formaron las
corrientes". Esto es importante para nuestra comprensión de la formación de los cúmulos
globulares, las masas iniciales de las estrellas y la evolución de las
estrellas masivas. Este trabajo también tiene importantes implicaciones para
las ondas gravitacionales. "Se cree que una gran fracción de las fusiones de
agujeros negros binarios se forman en cúmulos estelares. Una gran incógnita en
este escenario es cuántos agujeros negros hay en los cúmulos, lo cual es
difícil de restringir observacionalmente porque no podemos ver los agujeros
negros. Nuestro método nos permite saber cuántos agujeros negros hay en un
cúmulo estelar observando las estrellas que expulsan", afirma el Dr. Fabio
Antonini, de la Universidad de Cardiff, coautor del artículo.
Palomar
5 es un cúmulo globular descubierto en 1950 por Walter Baade. Se encuentra en
la constelación de Serpens, a una distancia de unos 80.000 años luz, y es uno
de los aproximadamente 150 cúmulos globulares que orbitan alrededor de la Vía
Láctea. Tiene más de 10.000 millones de años, como la mayoría de los cúmulos
globulares, lo que significa que se formó en las primeras fases de la
formación de las galaxias. Es unas 10 veces menos masivo y cinco veces más
extenso que un cúmulo globular típico y se encuentra en las fases finales de
disolución.
Fuentes, creditos y referencias:
Más Información: A supra-massive population of stellar-mass black holes in the globular cluster Palomar 5, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01392-2