Palomar 5 is een unieke sterrenhoop. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuurastronomie , een internationaal team van astrofysici onder leiding van de Universiteit van Barcelona laat zien dat de onderscheidende kenmerken van Palomar 5 waarschijnlijk het resultaat zijn van een te grote populatie zwarte gaten van meer dan 100 in het midden van de cluster.

"Het aantal zwarte gaten is ongeveer drie keer groter dan verwacht op basis van het aantal sterren in de cluster, en het betekent dat meer dan 20% van de totale clustermassa uit zwarte gaten bestaat. Ze hebben elk een massa van ongeveer 20 keer de massa van de zon, en ze vormden zich in supernova-explosies aan het einde van het leven van massieve sterren, toen het cluster nog erg jong was, " zegt prof. Mark Gieles, van het Institute of Cosmos Sciences van de Universiteit van Barcelona (ICCUB) en hoofdauteur van het artikel.

Getijdestromen zijn stromen van sterren die zijn uitgestoten door verstorende sterrenhopen of dwergstelsels. In de afgelopen jaren, bijna dertig dunne stroompjes zijn ontdekt in de halo van de Melkweg. "We weten niet hoe deze stromen ontstaan, maar een idee is dat het verstoorde sterrenhopen zijn. Echter, aan geen van de recent ontdekte stromen is een sterrenhoop gekoppeld, daarom kunnen we niet zeker zijn. Dus, om te begrijpen hoe deze stromen zijn ontstaan, we moeten er een bestuderen met een stellair systeem dat ermee verbonden is. Palomar 5 is het enige geval, waardoor het een Rosetta-steen is om stroomvorming te begrijpen en daarom hebben we het in detail bestudeerd, ", legt Gieles uit.

De auteurs simuleren de banen en de evolutie van elke ster vanaf de vorming van de cluster tot de uiteindelijke oplossing. Ze varieerden de initiële eigenschappen van het cluster totdat een goede match met waarnemingen van de stroom en het cluster werd gevonden. Het team ontdekt dat Palomar 5 gevormd is met een lagere zwart-gatfractie, maar sterren ontsnapten efficiënter dan zwarte gaten, zodat de fractie van het zwarte gat geleidelijk toenam. De zwarte gaten bliezen de cluster dynamisch op in gravitationele katapultinteracties met sterren, wat leidde tot nog meer ontsnappende sterren en de vorming van de stroom. Vlak voordat het volledig oplost - ongeveer een miljard jaar vanaf nu - zal het cluster volledig uit zwarte gaten bestaan. "Dit werk heeft ons geholpen te begrijpen dat hoewel de donzige Palomar 5-cluster de helderste en langste staarten heeft van alle clusters in de Melkweg, het is niet uniek. In plaats daarvan, wij geloven dat velen op dezelfde manier opgeblazen, door zwarte gaten gedomineerde clusters zijn al uiteengevallen in de getijden van de Melkweg om de recent ontdekte dunne stellaire stromen te vormen, " zegt co-auteur Dr. Denis Erkal van de Universiteit van Surrey.

Gieles zegt, "We hebben aangetoond dat de aanwezigheid van een grote populatie van zwarte gaten mogelijk gebruikelijk was in alle clusters die de stromen vormden." Dit is belangrijk voor ons begrip van bolvormige clustervorming, de aanvankelijke massa's van sterren en de evolutie van massieve sterren. Dit werk heeft ook belangrijke implicaties voor zwaartekrachtsgolven. "Er wordt aangenomen dat een groot deel van de fusies van binaire zwarte gaten in sterclusters plaatsvindt. Een grote onbekende in dit scenario is hoeveel zwarte gaten er in clusters zijn, wat moeilijk te observeren is omdat we zwarte gaten niet kunnen zien. Onze methode geeft ons een manier om te leren hoeveel BH's er in een sterrenhoop zijn door te kijken naar de sterren die ze uitwerpen.'", zegt Dr. Fabio Antonini van de Universiteit van Cardiff, een co-auteur van het artikel.

Palomar 5 is een bolvormige sterrenhoop die in 1950 werd ontdekt door Walter Baade. Het bevindt zich in het sterrenbeeld Serpens op een afstand van ongeveer 80, 000 lichtjaar, en het is een van de ongeveer 150 bolvormige sterrenhopen die rond de Melkweg draaien. Het is ouder dan 10 miljard jaar, zoals de meeste andere bolhopen, wat betekent dat het werd gevormd in de vroegste fasen van de vorming van sterrenstelsels. Het is ongeveer 10 keer minder massief en vijf keer meer uitgebreid dan een typische bolvormige sterrenhoop en in de laatste stadia van ontbinding.