De Melkweg zit boordevol sterrenhopen. Sommige bevatten slechts enkele tientallen tot honderden jonge sterren. anderen, bekend als bolvormige sterrenhopen, behoren tot de oudste objecten in het heelal en bevatten tot een miljoen oude sterren.

Sommige bolhopen worden beschouwd als fragmenten van onze melkweg, gebeiteld toen de Melkweg nog in de kinderschoenen stond. Anderen zijn mogelijk begonnen als op zichzelf staande dwergstelsels voordat ze tijdens de beginjaren door de Melkweg werden gevangen.

Ongeacht hun afkomst, veel bolvormige sterrenhopen bevinden zich in of achter de stoffige gebieden van onze melkweg. Voor op de grond en in de ruimte gebaseerde optische telescopen, echter, dit vormt een uitdaging. Hoewel het mogelijk is om de cluster als geheel te observeren, het stof belemmert de pogingen van astronomen om de bewegingen van individuele sterren te bestuderen. Als astronomen de bewegingen van individuele sterren zouden kunnen volgen, ze konden zien hoe "klonterig" de bolvormige sterrenhoop is of dat er iets heel dichts in zit, als een gigantisch zwart gat in het midden.

Gelukkig, radiogolven - zoals die uitgezonden door pulsars - worden niet gehinderd door galactisch stof. Dus in plaats van de bewegingen van de sterren te volgen, astronomen zouden in plaats daarvan de bewegingen van pulsars in kaart moeten kunnen brengen. Maar, natuurlijk, dingen zijn nooit zo eenvoudig. Hoewel bolvormige sterrenhopen vol staan ​​met sterren, ze bevatten veel minder pulsars.

"Dat is wat Terzan 5 zo'n belangrijk onderzoeksdoel maakt; het heeft een ongekende overvloed aan pulsars - tot nu toe in totaal 37 gedetecteerd, hoewel er slechts 36 werden gebruikt in onze studie, " zei Brian Prager, een doctoraat kandidaat aan de Universiteit van Virginia in Charlottesville en hoofdauteur van een paper dat verschijnt in de Astrofysisch tijdschrift . "Hoe meer pulsars je kunt waarnemen, hoe completer je dataset en hoe meer details je kunt onderscheiden over het interieur van het cluster."

De Terzan 5 cluster is ongeveer 19, 000 lichtjaar van de aarde, net buiten de centrale uitstulping van ons melkwegstelsel.

Voor hun onderzoek hebben de astronomen gebruikten de Green Bank Telescope (GBT) van de National Science Foundation (NSF) in West Virginia. De GBT is een verbazingwekkend efficiënt instrument voor pulsardetectie en observatie. Het heeft buitengewoon gevoelige elektronica, sommige specifiek geoptimaliseerd voor deze taak, en een schotel van 100 meter, de grootste van alle volledig bestuurbare radiotelescoop.

Pulsars zijn neutronensterren - de fantastisch dichte overblijfselen van supernova's - die bundels radiogolven uitzenden vanaf hun magnetische polen. Als een pulsar draait, zijn stralen van radiolicht zwaaien door de ruimte in een kosmische versie van een vuurtoren. Als de stralen in de richting van de aarde schijnen, astronomen kunnen de prachtig stabiele pulsen van de ster detecteren.

Terwijl de pulsars in Terzan 5 ten opzichte van de aarde bewegen - in verschillende richtingen getrokken door de variërende dichtheid van het cluster - komt het Doppler-effect in het spel. Dit effect voegt een kleine vertraging toe aan de timing als de pulsar zich van de aarde verwijdert. Het scheert ook de kleinste fractie van een milliseconde af als de pulsar naar ons toe beweegt.

In het geval van Terzan 5, astronomen zijn vooral geïnteresseerd in een klasse van pulsars die milliseconde pulsars worden genoemd. Deze pulsars roteren honderden keren per seconde met een regelmaat die wedijvert met de precisie van atoomklokken op aarde.

Pulsars bereiken deze opmerkelijke snelheden door materie van een nabije begeleidende ster af te zuigen. De invallende materie raakt de rand van de neutronenster onder een hoek, het verhogen van de draaisnelheid van de pulsar op vrijwel dezelfde manier als een basketbal die op het puntje van een vinger is gebalanceerd, kan worden rondgedraaid door op zijn zijkant te slaan.

Milliseconde pulsars zijn een bijzondere zegen voor astronomen omdat ze het mogelijk maken om bijna oneindig kleine veranderingen in de timing van de radiopulsen te detecteren.

"Pulsars zijn verbazingwekkend nauwkeurige kosmische klokken, " zei Scott Ransom, een astronoom bij het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Charlottesville, Virginia, en co-auteur op het papier. "Met de GBT, ons team was in staat om in wezen te meten hoe elk van deze klokken door de ruimte valt naar regio's met een hogere massa. Zodra we die informatie hebben, we kunnen het vertalen in een zeer nauwkeurige kaart van de dichtheid van het cluster, die ons laat zien waar het grootste deel van de 'dingen' in het cluster zich bevinden."

Eerder, astronomen dachten dat Terzan 5 ofwel een verwrongen dwergstelsel zou kunnen zijn dat door de Melkweg is opgeslokt, ofwel een fragment van de galactische uitstulping. Als de cluster een gevangen dwergstelsel was, het kan ook een centraal superzwaar zwart gat herbergen, dat is een van de kenmerken van alle grote sterrenstelsels en is ook te vinden in veel dwergstelsels.

De nieuwe GBT-gegevens, echter, geen duidelijke tekenen vertonen dat een enkele, centraal zwart gat ligt op de loer in Terzan 5. "Echter, we kunnen nog niet met zekerheid zeggen of een kleinere, intermediair zwart gat bevindt zich daar. De nieuwe waarnemingen leveren ook beter bewijs dat Terzan 5 een echte bolvormige sterrenhoop is die in de Melkweg is geboren in plaats van de overblijfselen van een dwergstelsel, ' zei Ransom.

Toekomstige waarnemingen met behulp van meer geavanceerde versnellingsmodellen kunnen de oorsprong van Terzan 5 beter beperken.