本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
100个黑洞
Palomar 5号球状星团一直很奇怪 。 这个星团是已知“最蓬松”星团之一 。 它的质量比其它星团质量要小 ， 并且恒星之间的距离也非常大 。 它有两条长长的流光从星团中逸出 ， 并且现在天文学家发现Palomar 5有个新的奇特现象：它的中心隐藏着超过100个黑洞 。 天文学家组于2021年7月1日宣布 ， 这个奇特的球状星团黑洞数量比预期的大约还多3倍 。 这个星团20%的质量来自黑洞 。 这些天文学家预测 ， 总有一天这些恒星会消失不见 ， 只留下黑洞 。
研究员们在同行评议期刊《自然天文学》上发布了他们的研究 。
Palomar 5是球状星团 ， 由众多恒星组成 ， 在银河系的星系晕中运转 。 1950年 ， Palomar 5由沃尔特·巴德（Walter Baade）所发现 。 Palomar 5距离我们有65,000光年远 ， 位于巨蛇座方向 。 由于该球状星团和星系同时形成 ， 所以年代久远 ， 至今已存在了100亿年 。 该球状星团正处于消散过程中 ， 长长的恒星流正从该星团流往太空 。
这张银河系的全景图显示了恒星集中的亮区以及黑暗、布满尘埃的区域 。 漂浮在顶部的小块亮区可以获得更深层次的数据 ， 通过该区域 ， 我们可以看到Palomar 5及其潮尾 。 星团以及星流跨越了20度以上的天空 。 与之相比 ， 满月只跨越了1/2度 。 图片来自马克·吉勒斯（Mark Gieles）等人/ Gaia eDR3/ DESI DECaLS/巴塞罗那大学 。
和黑洞一样重的球状星团
对于一个球状星团来说 ， 帕洛玛5号的黑洞数量是不寻常的 。 该论文的第一作者、巴塞罗那大学的马克·吉尔斯(Mark Gieles)说:
“黑洞的数量大约是星团中恒星数量的三倍 ， 这意味着星团总质量中的20%以上是由黑洞提供的 。 每个黑洞的质量大约是太阳质量的20倍 ， 是在大质量恒星生命末期的超新星爆炸中形成的 ， 那时星团还很年轻 。 ”
巴塞罗那大学宇宙科学研究所的马克·吉勒斯（Mark Gieles）领导这项研究 。 图片来自巴塞罗那大学 。
潮汐流的罗塞塔石碑
和黑洞一样重的星团正在失去恒星 ， 它们从星团流向太空 ， 留下了长长的彗尾 ， 在深空观测中可见 。 潮汐流是由扰乱星团或矮星系喷射出来的恒星组成的 。 Palomar 5是唯一一个展现出潮汐流的球状星团 。 但在过去几年 ， 天文学家发现了近30条与银河系晕中的星系团无关的薄潮汐流 。 吉勒斯说道：
“我们不知道这些潮汐流是如何形成的 ， 但有一种观点认为它们是扰乱星团 。 然而 ， 最近发现的潮汐流中没有一个与扰乱星团相关 ， 因此我们无法确定 。 所以 ， 为了了解这些潮汐流是如何形成的 ， 我们需要研究一个与之相关的恒星系统 。 Palomar 5是唯一可研究的对象 ， 它成为了解河流形成的罗塞塔石碑 ， 这也是我们详细研究它的原因 。 ”
较高的黑洞密度可能在潮汐流的形成中起着关键作用 。 他继续说道：
“我们已经证明 ， 极高密度黑洞可能存在于任何一个星团中 ， 从而帮助潮汐流的生成” 。
从球状到黑洞星系团
利用计算机建模 ， 科学家们进行了不同的模拟 ， 希望发现一个与帕洛马5号的属性相匹配的 。 帕洛马5号可能是与较低浓度的黑洞一起形成的 。 恒星比黑洞更容易逃逸 ， 因此星团中黑洞占恒星的比例增加了 。 黑洞与恒星的相互作用产生了引力弹弓 ， 这帮助创造了它“蓬松”的外观 ， 导致更多的恒星逃逸 ， 并为流出的“潮汐流"提供燃料 。 科学家们说 ， 10亿年后 ， 就在星系团完全解散之前 ， 它将完全由黑洞组成 。
【天文|这个球状星团很不平凡，因为科学家在这里发现了100个黑洞！】
科学家们的研究为我们了解球状星团的形成、恒星的初始质量和大质量恒星的演化提供了更完整的图景 ， 并对研究引力波有重要的意义 。
结论：科学家发现 ， 被称为帕洛马5号的球状星团中大部分是黑洞 ， 有一天它将失去所有恒星 ， 完全由黑洞构成 。
相关知识
黑洞作为宇宙中的超时空， 引力 强大到足以吞噬宇宙射线包括光粒子 ， 广义相对论预测当质量天体坍塌压缩到达一定程度 ， 时空变形 ， 产生了黑洞, 无法逃脱的边界称为视阈（视界） 。 尽管它对经过它的物体的命运甚至宇宙环境有着巨大的影响 ， 多方面探测 ， 目前仍未证实它的天体特征 ， 即禁区“超时空”的存在 。
此外 ， 弯曲时空中的量子场论预测 ， 视阈会发出霍金辐射 ， 其光谱与黑体相同 ， 温度与其质量成反比 。 对于恒星质量的黑洞来说 ， 大约是绝对温度下的十亿分之一 ， 根本无法直接进行观测 。
在18世纪 ， 约翰·米歇尔和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯首先考虑了引力场较强及光逃逸的物体 。
1916年 ， 卡尔·施瓦茨希尔德(Karl Schwarzschild)根据广义相对论发现了第一个描述黑洞特征的现代方案 ， 1958年 ， 戴维·芬克尔斯坦(David Finkelstein)在首次发表的广义相对论的解释中提到：黑洞是一个没有任何物体可以逃脱的空间阈 。 黑洞长期以来一直被认为是数学上的新奇事物；直到20世纪60年代 ， 理论研究证明它们普遍证明了广义相对论 。 1967年 ， 约瑟琳·贝尔·伯奈尔（Jocelyn Bell Burnell）发现了脉冲星（旋转的中子星） ， 这引发了人们对引力坍缩致密天体的兴趣 ， 认为这可能是天体物理学的实现 。 1971年 ， 几位研究人员独立发现了第一个黑洞天鹅座X-1 。
注：中子于1932年发现 ， 美国天文学家同时认为还有高速自转的中子星存在 ， 并于1934年作出预言 ， 这是一种具有恒星质量并且几乎完全由中子构成的致密星体 ， 超新星爆炸之后的遗留物被压缩而来 。
BY：Kelly Kizer Whitt
FY：Astronomical volunteer team
如有相关内容侵权 ， 请在作品发布后联系作者删除
转载还请取得授权 ， 并注意保持完整性和注明出处
推荐阅读
- 天文|2022年首月“天象剧场”排片已就位，你想看哪部？
- 天文|星空有约｜2022年首月“天象剧场”排片已就位，你想看哪部？
- 行星|天文学家发现迄今规模最大的一组星际行星
- 恒星|韦布发射升空 五大天文任务可期
- RNA|这个环状RNA可以抑制动脉粥样硬化
- 天文学|差一点就“太空事故”了！SpaceX星链卫星两度接近中国空间站，后者紧急避让
- 来自|来自地球，向往火星：年度人物马斯克的“移民外星梦”，竟然来自这个“秘密”
- 太阳轨道|冬奥会奖牌里 蕴含着古老的天文知识
- Top10|年度最佳发明竟然有Xbox和意面 这个榜单靠谱吗？
- 文件|微信上线了这个新功能！