gov-civil-vilareal.ptDeze sterrenhoop wordt langzaamaan overgenomen door zwarte gaten. Over een miljard jaar zullen ze het doden.
>Een verre cluster van sterren in een baan om onze melkweg wacht een duister lot : Het wordt langzaam overgenomen door zwarte gaten, en over een miljard jaar, net als het uiteindelijk oplost in de ruimte, zal het geheel opgebouwd uit zwarte gaten.
Dit klinkt misschien raar, maar kan in feite vrij vaak voorkomen bij dergelijke clusters.
Het object in kwestie heet Palomar 5. Het is een bolvormige sterrenhoop, meestal dicht opeengepakte verzamelingen van honderdduizenden, zo niet miljoenen sterren in een ruwweg bolvormige verzameling met een diameter van enkele tientallen lichtjaren.
Maar Palomar 5 is raar. Om te beginnen is het erg schaars, met slechts ongeveer 1.500 sterren erin. Voor een ander is het ongewoon groot, ruim honderd lichtjaar groot. Dat betekent dat het een zeer lage dichtheid heeft, met sterren gemiddeld een paar lichtjaren uit elkaar. Dat is vergelijkbaar met afstanden tussen sterren hier in de galactische buitenwijken waar de zon staat - maar in een typische bolvormige sterrenhoop zijn er duizenden van sterren in diezelfde ruimte.
Een kaart van Palomar 5 (de witte klodder) en zijn sterrenstromen, met behulp van gegevens van de Sloan Digital Sky Survey. Credit: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS
Palomar 5 bevindt zich in de galactische halo, 80.000 lichtjaar van ons verwijderd, ver buiten het hoofdlichaam van de melkweg. Veel bolletjes cirkelen zo ver weg, maar ze zijn niet de enige. In de afgelopen jaren hebben astronomen ontdekt: sterrenstromen daarbuiten: lange, dunne slingers van sterren die allemaal langs dezelfde baan rond de melkweg bewegen. Men denkt dat deze worden gevormd wanneer sterren door de zwaartekracht van de Melkweg uit bolvormige sterrenhopen (of kleine dwergstelsels) worden gestript. Maar er is nooit een cluster gezien ingebed in deze verder weg gelegen stromen.
Behalve voor Palomar 5*. Het heeft enorme sporen van sterren die er achteraan leiden en volgen, die zich meer dan 20° in de lucht uitstrekken (de schijnbare grootte van beide vuisten samen op armlengte). Dit maakt het iets van een sleutel om te begrijpen wat er daarbuiten gebeurt.
De bolvormige sterrenhoop Palomar 5 (de vage verzameling sterren in het midden) is een losse verzameling van ongeveer 1.500 sterren op 80.000 lichtjaar van de aarde. Krediet: NASA/GSFC/Skyview/SDSS
Om te proberen te begrijpen waarom Palomar 5 zo vreemd is, een team van astronomen viel het aan met natuurkunde . Ze gebruikten een computermodel waarmee ze konden simuleren wat er met een cluster zou gebeuren gedurende een lange tijd (vanaf de vorming 11-12 miljard jaar geleden tot vandaag en in de toekomst) terwijl de sterren erin door de zwaartekracht op elkaar inwerken, en ook hoe de sterren veranderen in die tijd (wat heet stellaire evolutie ; sterren verouderen en veranderen in rode reuzen of exploderen als supernova's ).
Met behulp van verschillende modellen en aannames (zoals het aantal sterren waarmee het cluster begint) konden ze een paar krijgen dat redelijk goed paste bij het huidige uiterlijk van het cluster, inclusief het bestaan van de stromen. Zelfs als het cluster begint met honderdduizenden sterren, verliest het deze in de loop van de tijd door verschillende effecten. Massieve sterren exploderen bijvoorbeeld en vormen neutronensterren of zwarte gaten. Soms geeft dit het overgebleven object een enorme kick die het volledig uit het cluster kan werpen. Ook kunnen sterren de cluster verlaten als ze door zwaartekracht interageren met andere sterren en/of zwarte gaten.
In het begin, nadat de cluster zich heeft gevormd, neemt het aantal zwarte gaten toe naarmate massieve sterren exploderen om ze te vormen. Dan, in de komende honderd miljoen jaar of zo het aantal zwarte gaten neemt af omdat er veel uit de kern worden gestoten door zwaartekrachtinteracties (hoe groot dit effect is, hangt vooral af van hoe dicht het cluster is gepakt; hoe dichter het is, hoe meer interacties er zijn).
Diagram van de baan van Palomar 5 rond de Melkweg, met zijn stellaire stromen en de positie van de zon. Credit: Max Planck Institut für Astronomie Heidelberg/SDSS Hubble Heritage-project (STScI/NASA)
een reeks ongelukkige gebeurtenissen gezond verstand
Wat ze echter ontdekten, is dat de zwarte gaten in de kern gedurende lange perioden de neiging hebben om de sterren in de cluster vrij efficiënt uit te werpen. Dat betekent dat de fractie zwarte gaten in de cluster ten opzichte van het totaal aantal sterren in de loop van de tijd toeneemt. Om het cluster er uit te laten zien zoals het er nu uitziet, ontdekken ze dat er meer dan 120 zwarte gaten in het cluster moeten zijn met een gemiddelde van ~17 keer de massa van de zon. Dat vertegenwoordigt meer dan 20% van de totale clustermassa, ruim twee keer zoveel als verwacht voor een normaal cluster.
Dat is waarom het cluster gezwollen is; de sterren erin winnen baanenergie terwijl ze interageren met de zwarte gaten; elke keer dat ze in de buurt van de clusterkern slingeren (hoewel niet dicht genoeg bij de zwarte gaten zelf om uit elkaar te worden gescheurd), krijgen ze een schop die hun banen groter maakt. Na verloop van tijd zwelt het cluster op en wordt het minder dicht. Dat maakt het ook gemakkelijker voor de zwaartekracht van de Melkweg om ze weg te halen en de stellaire stromen te vormen.
Simulatie van de bolvormige sterrenhoop Palomar 5 met zwarte gaten (zwarte stippen) en sterren (geel). Het hoofdpaneel toont een breed beeld van het cluster. De linkerbovenhoek toont een close-up van de kern en de rechterbovenhoek geeft een breder beeld van zijn baan rond de Melkweg. Na verloop van tijd worden zowel zwarte gaten als sterren uit de cluster uitgestoten, maar sterren verlaten efficiënter en laten de zwarte gaten achter. Krediet: Mark Gieles
Ze ontdekken dat veel van de stromen die in de galactische halo te zien zijn, clusters zijn in de laatste fase van hun leven; opgelost door zwarte gaten. Specifiek voor Palomar 5 vinden ze dat de zwart-gatfractie zal groeien totdat, over een miljard jaar vanaf nu, alle normale sterren verdwenen zijn en alleen zwarte gaten overblijven, maar tegen die tijd zal de cluster ook in de laatste stadia van totale ontbinding zijn.
Het probleem hier is om dit idee observerend te bevestigen of te weerleggen. Het cluster is ver weg en het is moeilijk om de zwarte gaten zelf te zien. Ze voorspellen dat sterren in de cluster een 50% grotere spreiding in omloopsnelheden zullen hebben dan verwacht, wat zou kunnen worden gemeten. Ze verwachten ook geen dubbelsterren (twee sterren die om elkaar draaien) met een periode groter dan ongeveer zes maanden. Elke dubbelster met sterren die verder uit elkaar staan, wordt uit elkaar getrokken door de zwarte gaten, de sterren die wegvliegen. Dat is mogelijk ook waarneembaar.
Ook zijn de dichtheid van sterren in de cluster en de aanwezigheid of afwezigheid van stellaire stromen waarneembaar, waardoor het mogelijk is om meer clusters zoals Palomar 5 te vinden.
Er was onlangs een artikel dat veel zwarte gaten voorspelde in de bolvormige sterrenhoop NGC 6397, maar het werd recenter (en degelijk) weerlegd door bolvormige experts die zeiden dat de sterrenhoop niet gezwollen is en dat het onwaarschijnlijk is dat er zwarte gaten in alle . Palomar 5 is anders, omdat het gezwollen is. Er kunnen er ook meer zijn in de halo.
Een paar decennia geleden dacht men dat bolhopen allemaal ongeveer hetzelfde waren: dezelfde leeftijd, dezelfde soort sterren, dezelfde soort banen, enzovoort. Wij weten nu beter. Ze zijn gevarieerd en divers, en elk heeft een verhaal te vertellen. Palomar 5, hoe raar het ook is, heeft misschien een groter en iconischer verhaal dan de meeste.
* Sommige stromen worden gezien met clusters erin, maar ze bevinden zich in het hoofdstelsel of er dichtbij; in dit geval hebben we het over tienduizenden lichtjaren daarbuiten.
