密集黑洞群正在解體銀河系中的星團

黑洞是已知宇宙中最為奇特的天體之一，其引力之強甚至連光都無法逃逸。一般星系的中心都有一個超大質量黑洞。而恆星級黑洞，也就是質量大約幾個到幾十個太陽質量的黑洞，則通常分散在星系各個區域內。

然而，天文學家驚奇發現一群密集的黑洞，它們都在繞行我們銀河系的一個星團中。並且，天文學家認爲這個星團將逐漸變成一個完全由黑洞組成的星團。

編號為Palomar 5是一個獨特的星團。它具有兩條明亮的尾巴，其中包含許多恆星。這兩條尾巴非常巨大，長度達到三萬光年。

雖然目前理論認爲這樣的星流是由於星團的引力作用下從星團中噴發出來形成的，但是天文學家對其具體的物理過程並不清楚。

最新研究表明Palomar 5的星流特徵，很可能是由於星團中心有數量超過100個的超密集黑洞群造成的。

「從星團中的恆星數量來看，黑洞的數量大約是預期的三倍，這意味著星團總質量的20%以上是由黑洞組成的。它們每個的質量約為20幾倍於太陽的質量，它們在大質量恆星生命末期的超新星爆炸中形成，當時星團還很年輕。」西班牙巴塞羅那大學的馬克·吉勒斯（Mark Gieles）教授說。

學名為潮汐流的星流是通過擾亂星團或矮星系而在引力潮汐作用下噴出的恆星流。近年來，在銀河系暈中發現了近三十條潮汐流。科學家懷疑是銀河系中的星團受到干擾破壞而形成的。

「我們不知道這些星流是如何形成的，但一個想法是它們是被破壞的星團。然而，最近發現的星流都沒有與之相關的星團，因此我們不能確定。所以，要了解這些是如何形成的流形成，我們需要研究一個與星團直接相關的潮汐流。Palomar 5是唯一的案例，這就是我們詳細研究它的原因。」吉勒斯解釋說。

研究團隊模擬了從星團形成直到解體過程中每顆恆星的軌道和演化。研究發現，Palomar 5形成時的黑洞所占質量比例較低，但其中逃逸出星團的恆星比黑洞多，因此黑洞比例逐漸增加。

黑洞在與恆星的引力相互作用中造成了星團膨脹，導致更多的恆星逃逸並形成了潮汐流。最終在星團完全解體之前，星團將完全由黑洞組成。

「這項研究幫助我們理解，儘管蓬鬆的Palomar 5星團擁有比銀河系中任何星團都要更亮和更長的尾巴，但它並不是獨一無二的。相反，我們相信許多類似膨脹的、以黑洞為主的星團具有已經在銀河系潮汐中解體形成最近發現的細恆星流。」英國薩里大學的丹尼斯·埃卡爾（Denis Erkal）講師說。

吉勒斯說：「我們已經證明，在形成潮汐流的所有星團中，都可能普遍存在大量黑洞。」這對於科學家理解球狀星團的形成、恆星的初始質量和大質量恆星的演化很重要。

這項研究對引力波也具有重要意義。 「據信，很大一部分雙黑洞合併形成於星團中。在這種情況下，一個很大的未知數是星團中有多少個黑洞，這很難通過觀測來限制，因為我們看不到黑洞。我們的研究提供了一種通過觀察星團中噴射出的恆星來了解星團中有多少黑洞的方法。「卡迪夫大學的法比奧·安東尼尼（Fabio Antonini）講師說。

這項新研究發表於2021年7月15日的《自然天文》。