gov-civil-vilareal.ptEste cúmulo de estrellas está siendo asumido lentamente por agujeros negros. En mil millones de años lo matarán.
>Un cúmulo distante de estrellas orbitando nuestra galaxia. tiene un destino oscuro esperándolo : Los agujeros negros lo están tomando lentamente, y en mil millones de años, justo cuando finalmente se disuelva en el espacio, será enteramente compuesto por agujeros negros.
Esto puede parecer extraño, pero de hecho puede suceder con bastante frecuencia a estos grupos.
El objeto en cuestión se llama Palomar 5. Es un cúmulo globular, que generalmente son colecciones compactas de cientos de miles, si no millones, de estrellas en una colección en forma de bola de un par de docenas de años luz de diámetro.
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Pero Palomar 5 es extraño. Por un lado, es muy escaso, con solo alrededor de 1.500 estrellas. Por otro lado, es inusualmente grande, más de cien años luz de tamaño. Eso significa que tiene una densidad muy baja, con estrellas a unos pocos años luz de distancia en promedio. Eso es similar a las distancias entre las estrellas aquí en los suburbios galácticos donde está el Sol, pero en un cúmulo globular típico hay miles de estrellas en ese mismo espacio.
Un mapa de Palomar 5 (la mancha blanca) y sus corrientes estelares, utilizando datos del Sloan Digital Sky Survey. Crédito: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg / SDSS
Palomar 5 está en el halo galáctico, a 80.000 años luz de nosotros, fuera del cuerpo principal de la galaxia. Muchos globulares orbitan tan lejos, pero no están solos. En los últimos años, los astrónomos han encontrado corrientes estelares ahí fuera: serpentinas largas y delgadas de estrellas que se mueven alrededor de la galaxia a lo largo de la misma órbita. Se cree que se forman cuando las estrellas son arrancadas de los cúmulos globulares (o pequeñas galaxias enanas) por la gravedad de la Vía Láctea. Pero nunca se ha visto ningún cúmulo incrustado en estos arroyos más distantes.
Excepto Palomar 5*. Tiene enormes estelas de estrellas que van y vienen detrás de él, que se extienden más de 20 ° en el cielo (el tamaño aparente de ambos puños juntos a la distancia de los brazos). Esto lo convierte en algo clave para comprender lo que está sucediendo.
El cúmulo globular Palomar 5 (la débil colección de estrellas en el medio) es una colección suelta de aproximadamente 1.500 estrellas a 80.000 años luz de la Tierra. Crédito: NASA / GSFC / Skyview / SDSS
Para tratar de entender por qué Palomar 5 es tan extraño, un equipo de astrónomos lo atacó con física . Utilizaron un modelo informático que les permite simular lo que le sucedería a un cúmulo durante grandes períodos de tiempo (desde su formación hace 11-12 mil millones de años hasta hoy y en el futuro) a medida que las estrellas en su interior interactúan gravitacionalmente, así como también cómo las estrellas cambian durante ese tiempo (lo que se llama evolución estelar ; estrellas envejeciendo y convirtiéndose en gigantes rojas o explotando como supernovas ).
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Utilizando varios modelos y suposiciones (como la cantidad de estrellas con las que comienza el cúmulo) pudieron obtener un par que encajaba bastante bien con la apariencia actual del cúmulo, incluida la existencia de las corrientes. Incluso si el cúmulo comienza con cientos de miles de estrellas, las pierde con el tiempo debido a diferentes efectos. Por ejemplo, las estrellas masivas explotan y forman estrellas de neutrones o agujeros negros. A veces, esto le da al objeto restante una gran patada que puede expulsarlo del grupo por completo. Además, las estrellas pueden abandonar el cúmulo si interactúan gravitacionalmente con otras estrellas y / o agujeros negros.
Al principio, después de que se forma el cúmulo, el número de agujeros negros aumenta a medida que las estrellas masivas explotan para formarlos. Luego, durante los próximos cien millones de años, el número de agujeros negros disminuye ya que muchos son expulsados del núcleo a partir de interacciones gravitacionales (la magnitud del efecto depende principalmente de la densidad del cúmulo; cuanto más denso es, más interacciones hay).
Diagrama de la órbita de Palomar 5 alrededor de la Vía Láctea, mostrando sus corrientes estelares y la posición del Sol. Crédito: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg / SDSS Hubble Heritage project (STScI / NASA)
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Lo que encontraron, sin embargo, es que durante largos períodos de tiempo, los agujeros negros en el núcleo tienden a ayudar a expulsar las estrellas en el cúmulo de manera bastante eficiente. Eso significa que la fracción de agujeros negros en el cúmulo en comparación con el número de estrellas en total aumenta con el tiempo. Para que el cúmulo se vea como lo hace ahora, encuentran que debe haber más de 120 agujeros negros en el cúmulo con un promedio de ~ 17 veces la masa del Sol cada uno. Eso representa más del 20% de la masa total del cúmulo, más del doble de lo esperado para un cúmulo normal.
Por eso el grupo está hinchado; las estrellas en él están ganando energía orbital a medida que interactúan con los agujeros negros; cada vez que se mueven cerca del núcleo del cúmulo (aunque no lo suficientemente cerca de los agujeros negros como para ser destrozados) reciben una patada que hace que sus órbitas sean más grandes. Con el tiempo, el racimo se hincha y se vuelve menos denso. Eso también hace que sea más fácil para la gravedad de la Vía Láctea eliminarlas, formando las corrientes estelares.
Simulación del cúmulo globular Palomar 5 que muestra agujeros negros (puntos negros) y estrellas (amarillos). El panel principal muestra una vista amplia del clúster. La parte superior izquierda muestra un primer plano de su núcleo y la parte superior derecha muestra una vista más amplia de su órbita alrededor de la Vía Láctea. Con el tiempo, tanto los agujeros negros como las estrellas son expulsados del cúmulo, pero las estrellas salen de forma más eficiente, dejando atrás los agujeros negros. Crédito: Mark Gieles
Encuentran que muchas de las corrientes que se ven en el halo galáctico son cúmulos en las etapas finales de sus vidas; disuelto hasta la muerte por agujeros negros. Para Palomar 5 específicamente, encuentran que la fracción de agujeros negros crecerá hasta que, dentro de unos mil millones de años, todas las estrellas normales se hayan ido y solo queden agujeros negros, pero para entonces el cúmulo también estará en las últimas etapas de disolución total.
El problema aquí es confirmar o refutar observacionalmente esta idea. El cúmulo está muy lejos y es difícil ver los agujeros negros. Ellos predicen que las estrellas en el cúmulo tendrán un 50% más de dispersión en velocidades orbitales de lo esperado, lo que podría medirse. Tampoco esperan encontrar estrellas binarias (dos estrellas orbitando entre sí) con un período superior a unos seis meses. Cualquier binario con estrellas más alejadas que eso será destrozado por los agujeros negros, las estrellas enviadas volando. Eso también es potencialmente observable.
Además, la densidad de estrellas en el cúmulo y la presencia o ausencia de corrientes estelares también son observables, lo que hace posible encontrar más cúmulos como Palomar 5.
Recientemente, se publicó un artículo que predecía una gran cantidad de agujeros negros en el cúmulo globular NGC 6397, pero los expertos en globulares lo refutaron más recientemente (y de manera sólida) diciendo que el cúmulo no está hinchado y es poco probable que tenga agujeros negros en él. todos . Palomar 5 es diferente, ya que está hinchado. También puede haber más similares en el halo.
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Hace unas décadas se pensaba que los cúmulos globulares eran prácticamente iguales: la misma edad, el mismo tipo de estrellas, el mismo tipo de órbitas, etc. Sabemos mejor ahora. Son variados y diversos, y cada uno tiene una historia que contar. Palomar 5, por extraño que sea, puede tener una historia más grande e icónica que la mayoría.
* Algunas corrientes se ven con cúmulos en ellas, pero están dentro de la galaxia principal o cerca de ella; en este caso estamos hablando de unas decenas de miles de años luz fuera de él.
