爱读书 探索 超过100个黑洞的宇宙“野兽群”,一边流浪,一边甩出恒星

超过100个黑洞的宇宙“野兽群”,一边流浪,一边甩出恒星

一个黑洞,就已经足够可怕了,如果有100多个黑洞聚集在一起,会发生什么呢?

超过100个黑洞的宇宙“野兽群”,一边流浪,一边甩出恒星-爱读书

最近,科学家在宇宙中发现了这样的诡异结构。在球状星团Palomar 5中,就隐藏着大量的恒星级黑洞,它们裹挟着星团在银河系中穿梭的同时,还将恒星不断地甩出去,仿佛在驱逐“异族”。

球状星团是一种特殊的恒星结构,通常包含着几千到几十上百万颗恒星,恒星密度非常大。而且,这些恒星普遍都非常古老,年龄超过100亿年都是家常便饭,有的甚至和宇宙的年龄差不多大,在银河系成型之前就出现了。它们通常形成于同一时期,来自于同一片星云,性质基本相同。因此,球状星团又被认为是早期宇宙留下的“化石”,备受科学家关注。

在银河系中,一共有差不多150个球状星团被发现。除了研究早期宇宙的历史之外,科学家还经常利用它们研究围绕星系的暗物质等问题。

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(图片说明:球状星团)

除了球状星团之外,银河系内还有一种恒星结构非常值得关注,那就是潮汐流。这是一种斜亘在银河系的恒星结构,就像河流一样蜿蜒绵长。在此之前,这种结构极少被科学家注意到。但随着欧洲航天局盖亚卫星绘制的银河系精确地图,让我们找到了一些恒星之间的关系,从而确定了这些潮汐流的存在。

西班牙巴塞罗那大学的天体物理学家Mark Gieles向我们介绍说:“这些星流的形成原因,我们仍然不得而知有一个观点认为,它们来自于被撕碎的星团。可是,最近没有任何星流能被发现有与之相关的星团,所以我们也不敢下定论。所以,想要了解这些星流的形成方式,我们就需要研究一个与其有关联的恒星系统。”

球状星团Palomar 5,就是一个绝佳的研究对象。

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(图片说明:球状星团Palomar 5)

Palomar 5距离我们大约8万光年,是在1950年被发现的一个球状星团。在它的身后,就有一个长达3万光年的巨大星流,像一个尾巴一样被它拖曳。在我们头顶的星空,这条星流的跨幅达到了20度。Palomar 5的独特性,让它成为了研究潮汐流形成原因的重要观测对象。用Gieles的话说,它就是那张关键的罗塞塔石碑。

为了更好地进行研究,他们利用非常详细的N体问题来进行模拟。我们知道,宇宙中的三体问题,本身就已经无解了。对于球状星团来说,这样复杂的天体结构和关系,用模拟来研究是非常合适的。他们试图重现星团中每一颗恒星的轨道及其演化过程,来看看它们是如何来到今天的位置上的。

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(图片说明:恒星流艺术图)

在模拟过程中,他们还参考了一些最近的研究成果。有些科学家认为,球状星团的核心区域,有可能存在着一群黑洞。这些黑洞的引力非常混乱,不仅可能吞噬天体,还可能扰乱星团中的恒星轨道,使其被甩出去。在模拟过程中,Gieles等人也考虑到了这个问题,并加入到了模型中。

结果表明,Palomar 5内部的恒星级黑洞群确实有可能会让这些恒星形成今天的结构。在黑洞群的混乱作用下,有些恒星被驱逐出去,最终以潮汐流的形式继续尾随着星团。他们还发现,想要实现我们看到的效果,黑洞的数量要大大超过预测的数值才可以。

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(图片说明:黑洞)

具体来说,Palomar 5中黑洞的实际数量可能达到了以往预测的3倍以上。这意味着,整个星团有20%的质量,都是来自于这些黑洞。

Gieles说:“每一个黑洞的质量,都有太阳的20倍左右。它们形成于这个星团还非常年轻的时期,那时候的大质量恒星在进入到生命末期时,通过超新星爆发的形式形成了这些黑洞。”

除了这一次的研究之外,也有其他科学家对Palomar 5身后的恒星流来源进行过猜测。他们认为,像Palomar 5这样的球状星团在途经类似于星系核心这种大质量结构周围时,就会在潮汐力的作用下被拖出一些恒星来。

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不过,这些研究都需要更多的证据来证实,而目前能够帮助我们进行研究的结构,又实在太少,Palomar 5的存在就显得更加珍贵。

不论是哪种情况,有一个结果是确定的,那就是Palomar 5不断蒸发,恒星不断损失。根据Gieles等人的研究,大约再过10亿年的时间,这个球状星团就会彻底瓦解,恒星全都被甩出去,只留下核心处一群狂暴的黑洞形成恐怖的“野兽”群,围绕银河系公转。

那些恒星都去哪了呢?

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(图片说明:星流可以非常巨大)

它们会完全以恒星流的形式存在,在我们的银河系中,已经不止有这么一个星流了。

不仅仅是Palomar 5,银河系内的其他球状星团,可能都要面临相同的命运。

他们的研究还表明,在这些球状星团的核心处,黑洞之间也并不和谐。由于距离比较近,引力又非常混乱,所以它们之间也很容易发生碰撞。在这个过程中,恒星级黑洞的相互碰撞,就有可能产生另一种神秘的天体——中等质量黑洞。这种黑洞理论上是存在的,但实际上几乎没有被发现过。现在我们知道,球状星团的核心,或许就是寻找它们的最佳位置。

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(图片说明:双黑洞)

英国卡迪夫大学的天体物理学家abio Antonini说:“我们相信,双黑洞的并合有很大一部分都发生于星团内。在这种情况下,这些星团内有多少黑洞就成了一个巨大的未知数。由于我们不能看到黑洞,所以也很难通过观测来进行约束。而我们的研究方法提供了一种手段,可以通过观测星团中喷射出来的恒星数量,来推测其黑洞数量。”

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