Mala astronomía | Agujeros negros por una docena de enjambres en el núcleo de un cúmulo globular

Los astrónomos miraron El cúmulo globular adyacente NGC 6397 Descubrieron que, en lugar de tener un solo agujero negro masivo en su núcleo, probablemente tendría decenas o incluso cientos de pequeños agujeros negros agrupados en su centro.

Holy Kessel Run!

Los agujeros negros juegan un papel astrofísico importante en el nacimiento y la vida de las galaxias, estrellas y otras cosas. Conocemos dos tipos de agujeros negros: aquellos con masa estelar, desde unas pocas hasta unas pocas decenas de masa estelar que se forman cuando las estrellas masivas explotan, y los sabores supermasivos de 100.000 a miles de millones de veces la masa del Sol residen en los centros de galaxias.

¡Esa es una gran brecha en la masa entre los dos! Los astrónomos creen que existe un tercer tipo, llamados agujeros negros de masa media (o IMBH) de 100 a 100.000 masas solares, que llenan este vacío. El problema es que la evidencia de esto es escasa. Solo se encuentran algunos candidatos, incluidos Cuando rompen una estrella en pedazosY el Cuando huyen de los centros de las galaxias enanas, O Incluso cuando forman y vibran el tejido del espacio-tiempo.

Un lugar para buscarlo en centros Grupos esféricos, Cúmulos casi esféricos de cientos de miles de estrellas, unidos entre sí por su gravedad mutua. Suelen estar a unas pocas decenas de años luz de distancia, por lo que las estrellas están muy pobladas.

Esto significa que las estrellas de estos cúmulos pasan muy juntas todo el tiempo, y cuando hacen algo interesante sucede: cuanto mayor es la masa de los dos tiende a caer cerca del centro del cúmulo y más ligera se mueve hacia afuera. Con el tiempo, esto significa que muchas de las estrellas más masivas se encuentran en el núcleo del cúmulo.

Esto naturalmente puede hacer que IMBH esté en el centro de masa. Una estrella verdaderamente masiva podría fusionarse con otras estrellas en su camino hacia abajo, y una vez que se estableciera en el mismo centro, podría explotar, produciendo un agujero negro supermasivo. Esto luego se alimenta de estrellas u otros agujeros negros a medida que caen en ellos, dando lugar a la formación IMBH. O un agujero negro regular podría caer en el centro y eventualmente fusionarse y crecer en un solo agujero.

Por otro lado, también es posible que el centro del cúmulo contenga muchos agujeros negros de masa estelar pequeña y otros objetos oscuros como Enanas blancas Y el Estrellas de neutrones Están en órbita, todos los resultados de las estrellas que llegan al final de sus vidas, repartidos en un volumen de espacio mucho mayor que el que ocupa IMBH.

Es difícil encontrar pruebas de esto. Una forma es observar las órbitas de las estrellas en un cúmulo. Todos orbitan alrededor del centro del cúmulo, y si hubiera un agujero negro allí, sus órbitas serían ligeramente diferentes que si hubiera, por ejemplo, un cúmulo más grande y más difuso de agujeros negros más pequeños.

Esto requirió mediciones increíblemente precisas de las estrellas en el cúmulo, sin embargo, esto no fue posible hasta hace poco. Un par de astrónomos se hicieron cargo de esta tarea.. Miraron NGC 6397, que es una forma esférica en constelación Ara. Es el segundo punto más cercano a la Tierra a una distancia de unos 7.800 años luz, por lo que los movimientos estelares son fáciles de medir. es también relajación, El extraño término que usan los astrónomos para denotar que las estrellas en él han pasado mucho tiempo y muchas oportunidades de interactuar con otras, como que las estrellas masivas pueden caer en el centro. Observaron las estrellas utilizando Hubble, Gaia y el Very Large Telescope para ver cómo se movían las estrellas a lo largo del tiempo y calcular sus órbitas.

Luego, ejecutaron una serie de simulaciones estadísticas por computadora para ver cómo se verían las órbitas si hubiera IMBH en el centro de NGC 6397 contra una nube de agujeros negros.

Ellos lo encontraron Quizás Hay un IMBH por ahí, en algún lugar aproximadamente 500-650 veces la masa del Sol. Si bien sus cálculos orbitales permiten esto, de manera realista, aunque es poco probable. Cuando los agujeros negros se fusionan para formar un agujero negro más grande, liberan energía en forma de ondas gravitacionales. Esto podría dar un impulso al agujero negro resultante, comportarse como un misil y darle una velocidad muy alta.. ¡Y descubrieron que cualquier cosa menos de 1000 veces la masa del Sol debe haber recibido suficiente energía para dejar la masa por completo!

Esto deja un enjambre de objetos oscuros ya que el culpable forma las órbitas de las estrellas. Sus modelos indican que esto es mucho mejor. Descubrieron que una masa equivalente a aproximadamente el 1-2% de la masa total del cúmulo, aproximadamente 1.000-2.000 veces la masa del Sol, distribuida en un tamaño esférico de aproximadamente medio año luz explicaría las formaciones orbitales que ven en el cúmulo. estrellas.

Este es un ajuste perfecto. La estrella más cercana al sol Alfa Centauri, 4.37 años luz de distancia de nosotros, pero un núcleo globular sería En miles ¡De estrellas del mismo tamaño!

Esperan que la mitad de estos objetos sean agujeros negros de masa estelar, y aproximadamente 4/5 del resto sean enanas blancas y 1/5 de estrellas de neutrones.

Esto convertiría a NGC 6397 en un cementerio de estrellas, y los fantasmas de su antiguo yo todavía acechan sus corazones.

Es probable que este sea el caso de muchos cúmulos globulares, aunque esto requerirá más observaciones para estar seguros. Y nos deja con un problema extraño: sabemos que los IMBH deberían existir, no hay una razón real por la que podamos pensar que no deberían existir y, sin embargo, encontrarlos es difícil.

Parece que podemos eliminar NGC 6397 de esa lista. Afortunadamente, todavía hay un universo entero por explorar. Si están allí, es una buena idea encontrarlos.