Pūkuotas žvaigždžių telkinys, išsibarsčiusios danguje, savo šerdyje gali slėpti paslaptį – daugiau kaip šimtą žvaigždinės masės juodųjų skylių.
Šis objektas vadinamas Palomar 5. Tai su sferiniu spiečiumi susijusi žvaigždžių srovė, nusidriekianti maždaug per 30 000 šviesmečių ir esanti apie 80 000 šviesmečių nuo mūsų.
Sferiniai žvaigždžių spiečiai dažnai vadinami ankstyvosios Visatos „fosilijomis“. Jie yra labai tankūs, beveik sferinės formos telkiniai, kuriuose paprastai būna nuo maždaug 100 000 iki 1 milijono labai senų žvaigždžių; kai kurie spiečiai beveik tokio pat amžiaus kaip ir pati Visata.
Tokiuose spiečiuose žvaigždės susiformavo beveik tuo pačiu metu iš to paties dujų debesies. Paukščių Take žinoma daugiau kaip 150 sferinių spiečių. Jie yra itin vertingi tyrimų objektai: padeda nagrinėti galaktikų evoliuciją, Paukščių Tako struktūrą ir net įvertinti aplink galaktikas esančios tamsiosios materijos kiekį.
Pastaruoju metu vis daugiau dėmesio sulaukia ir kitas žvaigždžių telkinių tipas – potvyninės žvaigždžių srovės, t. y. ilgos žvaigždžių „upės“, besidriekiančios per dangų.
Anksčiau tokias struktūras aptikti buvo sudėtinga, tačiau Europos kosmoso agentūros teleskopo „Gaia“ surinkti itin tikslūs trimačiai Paukščių Tako duomenys leido identifikuoti vis daugiau panašių srovių.
Astrofizikas Markas Gielesas iš Barselonos universiteto (Ispanija), kai 2021 m. tyrėjai pirmą kartą paskelbė apie šį objektą, aiškino, kad tikslaus srovių formavimosi mechanizmo vis dar nežinome. Viena iš idėjų teigia, jog tai gali būti suardytų žvaigždžių spiečių liekanos.
Vis dėlto dauguma neseniai atrastų srovių neturi aiškiai su jomis susieto spiečiaus, todėl šią hipotezę patikrinti sunku. Norint suprasti, kaip atsiranda tokios srovės, reikia ištirti bent vieną atvejį, kai srovė dar turi susijusią žvaigždžių sistemą. Palomar 5 laikomas vieninteliu tokiu pavyzdžiu, todėl jis tampa tarsi „Rozetos akmeniu“, padedančiu iššifruoti srovių formavimosi procesus. Dėl šios priežasties mokslininkai ir nusprendė jį išsamiai išanalizuoti.
Paukščių Tako plokštumos žemėlapis, sudarytas naudojant „Gaia“ katalogo (eDR3) duomenis. Viršuje matomas regionas, kuriame stebimas Palomar 5 žvaigždžių spiečius ir jo potvyninės „uodegos“.
Palomar 5 išsiskiria tuo, kad jo žvaigždės yra pasiskirsčiusios labai plačiai ir gana retai, o potvyninė srovė driekiasi daugiau nei per 20 dangaus laipsnių. Būtent šis unikalus derinys paskatino Gielesą su kolegomis pasirinkti Palomar 5 detaliems tyrimams.
Komanda pasitelkė detalius N-kūnų modeliavimus, kurie atkuria kiekvienos spiečiaus žvaigždės orbitą ir evoliuciją, siekiant išsiaiškinti, kaip žvaigždės galėjo atsidurti šiandien stebimose padėtyse.
Naujesni tyrimai rodė, kad sferinių spiečių centruose gali egzistuoti gausios juodųjų skylių populiacijos, o gravitacinės sąveikos su jomis gali „išsviedinėti“ žvaigždes iš spiečiaus dideliais greičiais. Todėl dalyje modeliavimų mokslininkai įtraukė ir juodųjų skylių poveikį.
Rezultatai parodė, kad būtent žvaigždinės masės juodųjų skylių populiacija Palomar 5 viduje galėjo suformuoti šiandien matomą spiečiaus ir srovės konfigūraciją. Sąveikaudamos tarpusavyje, juodosios skylės galėjo veiksmingai „išstumti“ žvaigždes iš spiečiaus į potvyninę srovę. Tačiau toks scenarijus įmanomas tik tuo atveju, jei juodųjų skylių spiečiuje yra gerokai daugiau, nei manyta anksčiau.
Žvaigždės iš spiečiaus pabėga efektyviau ir dažniau nei juodosios skylės, todėl laikui bėgant spiečiaus sudėtyje santykinai daugėja juodųjų skylių.
Pasak Gieleso, juodųjų skylių skaičius gali būti maždaug tris kartus didesnis, nei tikėtasi pagal spiečiaus žvaigždžių skaičių. Tai reikštų, kad daugiau nei 20 procentų visos Palomar 5 masės sudaro juodosios skylės.
Kiekviena jų, mokslininkų teigimu, gali būti maždaug 20 kartų masyvesnė už Saulę. Tokios juodosios skylės susiformuoja po supernovų sprogimų, kai masyvios žvaigždės baigia gyvenimą jauname spiečiuje.
Modeliai taip pat rodo, kad maždaug po milijardo metų Palomar 5 spiečius turėtų visiškai iširti. Likus nedaug laiko iki galutinio suirimo, spiečiaus „branduolį“ sudarytų beveik vien juodosios skylės, skriejančios aplink Galaktikos centrą. Tai leidžia manyti, kad Palomar 5 nėra išskirtinė išimtis – greičiau jis atspindi sferinių spiečių vėlyvąją evoliucijos stadiją, kai jie pamažu praranda žvaigždes ir galiausiai virsta vien žvaigždžių srovėmis.
Toks scenarijus leidžia spėti, kad ir kiti sferiniai spiečiai ilgainiui gali patirti panašią lemtį. Be to, tai sustiprina mintį, jog sferiniai spiečiai gali būti puikios vietos ieškoti juodųjų skylių porų, kurios ateityje gali susilieti, taip pat vadinamųjų tarpinės masės juodųjų skylių – esančių tarp „lengvųjų“ žvaigždinės masės ir milžiniškų supermasyvių juodųjų skylių.
Astrofizikas Fabio Antonini iš Kardifo universiteto (Jungtinė Karalystė) pažymi, kad didelė dalis dvinarų juodųjų skylių susiliejimų, tikėtina, įvyksta būtent žvaigždžių spiečiuose. Vis dėlto didžiausia šio scenarijaus nežinomybė – kiek juodųjų skylių iš tiesų yra spiečiuose.
Šį skaičių sunku nustatyti tiesioginiais stebėjimais, nes pačių juodųjų skylių nematome. Tačiau, pasak Antonini, taikomas metodas leidžia įvertinti juodųjų skylių kiekį analizuojant žvaigždes, kurias juodosios skylės išmeta iš spiečiaus.
