Dieser Sternhaufen wird langsam von Schwarzen Löchern übernommen. In einer Milliarde Jahren werden sie es töten.
>Ein entfernter Sternhaufen, der unsere Galaxie umkreist wartet ein dunkles Schicksal auf ihn : Es wird langsam von Schwarzen Löchern übernommen, und in einer Milliarde Jahren, wenn es sich schließlich im Weltraum auflöst, wird es es sein völlig bestehend aus schwarzen Löchern.
Das mag seltsam klingen, kann aber bei solchen Clustern ziemlich oft vorkommen.
Das fragliche Objekt heißt Palomar 5. Es ist ein Kugelsternhaufen, der normalerweise dicht gepackte Ansammlungen von Hunderttausenden, wenn nicht Millionen von Sternen in einer ungefähr kugelförmigen Sammlung mit einem Durchmesser von ein paar Dutzend Lichtjahren sind.
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Aber Palomar 5 ist seltsam. Zum einen ist es mit nur etwa 1.500 Sternen sehr spärlich. Zum anderen ist es ungewöhnlich groß, weit über hundert Lichtjahre groß. Das bedeutet, dass es eine sehr geringe Dichte hat, wobei die Sterne im Durchschnitt einige Lichtjahre voneinander entfernt sind. Das ist ähnlich wie die Entfernungen zwischen Sternen hier draußen in den galaktischen Vororten, wo die Sonne steht – aber in einem typischen Kugelsternhaufen gibt es Tausende von Sternen im selben Raum.
Eine Karte von Palomar 5 (dem weißen Klecks) und seinen Sternenströmen, die Daten des Sloan Digital Sky Survey verwendet. Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS
Palomar 5 befindet sich im galaktischen Halo, 80.000 Lichtjahre von uns entfernt, weit außerhalb des Hauptkörpers der Galaxie. Viele Kugelsterne kreisen so weit draußen, aber sie sind nicht allein. In den letzten Jahren haben Astronomen gefunden Sternenströme da draußen: lange, dünne Sternenschlangen, die sich alle auf derselben Umlaufbahn um die Galaxie bewegen. Es wird vermutet, dass diese entstehen, wenn Sterne durch die Schwerkraft der Milchstraße aus Kugelsternhaufen (oder kleinen Zwerggalaxien) herausgelöst werden. Aber noch nie wurde ein Cluster gesehen, der in diese weiter entfernten Ströme eingebettet war.
Außer Palomar 5*. Es hat riesige Sternenspuren, die sich über 20° in den Himmel erstrecken (die scheinbare Größe Ihrer Fäuste zusammen auf Armeslänge). Dies macht es zu einem Schlüssel, um zu verstehen, was da draußen passiert.
Der Kugelsternhaufen Palomar 5 (die schwache Ansammlung von Sternen in der Mitte) ist eine lose Ansammlung von etwa 1.500 Sternen 80.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Bildnachweis: NASA/GSFC/Skyview/SDSS
Um zu verstehen, warum Palomar 5 so seltsam ist, ein Team von Astronomen hat es mit Physik angegriffen . Sie verwendeten ein Computermodell, das es ihnen ermöglicht, zu simulieren, was mit einem Sternhaufen über einen langen Zeitraum (von seiner Entstehung vor 11-12 Milliarden Jahren bis heute und in die Zukunft) passieren würde, wenn die Sterne darin gravitativ interagieren und wie die Sterne verändern sich in dieser Zeit (was heißt Sternenentwicklung ; Sterne altern und verwandeln sich in rote Riesen oder explodieren als Supernovae ).
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Unter Verwendung verschiedener Modelle und Annahmen (wie der Anzahl der Sterne, mit denen der Haufen beginnt) konnten sie ein Paar erhalten, das ziemlich gut zum aktuellen Erscheinungsbild des Haufens passt, einschließlich der Existenz der Ströme. Selbst wenn der Haufen mit Hunderttausenden von Sternen beginnt, verliert er diese im Laufe der Zeit an verschiedene Effekte. Zum Beispiel explodieren massereiche Sterne und bilden Neutronensterne oder Schwarze Löcher. Manchmal gibt dies dem verbleibenden Objekt einen großen Kick, der es vollständig aus dem Cluster herausschleudern kann. Außerdem können Sterne den Haufen verlassen, wenn sie gravitativ mit anderen Sternen und/oder Schwarzen Löchern interagieren.
Nachdem sich der Haufen gebildet hat, nimmt zunächst die Anzahl der Schwarzen Löcher zu, da massereiche Sterne explodieren, um sie zu bilden. Dann, in den nächsten hundert Millionen Jahren oder so die Anzahl der Schwarzen Löcher sinkt da viele durch Gravitationswechselwirkungen aus dem Kern herausgeschleudert werden (wie groß dieser Effekt ist, hängt hauptsächlich davon ab, wie dicht der Cluster gepackt ist; je dichter er ist, desto mehr Wechselwirkungen gibt es).
Diagramm der Umlaufbahn von Palomar 5 um die Milchstraße mit seinen Sternströmen und der Position der Sonne. Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS Hubble Heritage Projekt (STScI/NASA)
Sie fanden jedoch heraus, dass die Schwarzen Löcher im Kern über lange Zeiträume dazu neigen, die Sterne im Haufen ziemlich effizient auszustoßen. Das bedeutet, dass der Anteil der Schwarzen Löcher im Haufen im Vergleich zur Gesamtzahl der Sterne mit der Zeit zunimmt. Um den Haufen so aussehen zu lassen, wie er jetzt aussieht, müssen sie mehr als 120 Schwarze Löcher im Haufen mit einer durchschnittlichen 17-fachen Sonnenmasse haben. Das entspricht über 20 % der gesamten Haufenmasse, weit mehr als doppelt so viel wie für einen normalen Haufen erwartet.
Deshalb ist der Cluster geschwollen; die Sterne darin gewinnen Orbitalenergie, wenn sie mit den Schwarzen Löchern interagieren; jedes Mal, wenn sie in der Nähe des Clusterkerns schwingen (wenn auch nicht nahe genug an den Schwarzen Löchern selbst, um auseinandergerissen zu werden), bekommen sie einen Kick, der ihre Umlaufbahnen vergrößert. Mit der Zeit bläht sich der Cluster auf und wird weniger dicht. Das macht es der Schwerkraft der Milchstraße auch leichter, sie abzustreifen und die Sternströme zu bilden.
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Simulation des Kugelsternhaufens Palomar 5 mit Schwarzen Löchern (schwarze Punkte) und Sternen (gelb). Das Hauptfenster zeigt eine breite Ansicht des Clusters. Die obere linke zeigt eine Nahaufnahme seines Kerns und die obere rechte zeigt eine breitere Ansicht seiner Umlaufbahn um die Milchstraße. Im Laufe der Zeit werden sowohl Schwarze Löcher als auch Sterne aus dem Haufen ausgestoßen, aber Sterne treten effizienter aus und lassen die Schwarzen Löcher zurück. Bildnachweis: Mark Gieles
Sie stellen fest, dass viele der Ströme, die im galaktischen Halo zu sehen sind, Cluster in der Endphase ihres Lebens sind; von Schwarzen Löchern zu Tode aufgelöst. Insbesondere für Palomar 5 stellen sie fest, dass der Anteil der Schwarzen Löcher wachsen wird, bis in etwa einer Milliarde Jahren alle normalen Sterne verschwunden sind und nur noch Schwarze Löcher übrig sind, aber bis dahin wird sich der Haufen auch in den letzten Stadien der vollständigen Auflösung befinden.
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Das Problem hier besteht darin, diese Idee beobachtend zu bestätigen oder zu widerlegen. Der Haufen ist weit entfernt, und die Schwarzen Löcher selbst zu sehen, ist schwierig. Sie sagen voraus, dass Sterne in dem Haufen eine um 50 % größere Streuung der Umlaufgeschwindigkeit als erwartet haben werden, was gemessen werden könnte. Sie erwarten auch keine Doppelsterne (zwei Sterne, die sich umkreisen) mit einer Periode von mehr als etwa sechs Monaten. Jeder Doppelstern mit Sternen weiter auseinander wird von den Schwarzen Löchern auseinander gezogen, die Sterne fliegen weg. Das ist möglicherweise auch beobachtbar.
Auch die Dichte der Sterne im Haufen und das Vorhandensein oder Fehlen von Sternströmen sind ebenfalls beobachtbar, was es möglich macht, weitere Haufen wie Palomar 5 zu finden.
Kürzlich gab es ein Papier, das viele Schwarze Löcher im Kugelsternhaufen NGC 6397 vorhersagte, aber es wurde kürzlich (und solide) von Kugelsternexperten widerlegt, die sagten, der Haufen sei nicht geschwollen und es ist unwahrscheinlich, dass er bei . Schwarze Löcher enthält alle . Palomar 5 ist anders, da es geschwollen ist. Es kann auch mehr davon im Halo geben.
Vor einigen Jahrzehnten dachte man, Kugelsternhaufen seien alle ziemlich gleich: Das gleiche Alter, die gleiche Art von Sternen, die gleiche Art von Umlaufbahnen und so weiter. Wir wissen es jetzt besser. Sie sind abwechslungsreich und vielfältig, und jede hat eine Geschichte zu erzählen. Palomar 5, so seltsam es auch ist, hat möglicherweise eine größere und ikonischere Geschichte als die meisten anderen.
* Einige Ströme sind mit Clustern darin zu sehen, aber sie befinden sich innerhalb der Hauptgalaxie oder in deren Nähe; in diesem Fall sprechen wir von Zehntausenden von Lichtjahren außerhalb davon.