Descobreixen més de cent forats negres que explicarien les característiques del cúmul estel·lar Palomar 5

Investigadors encapçalats per la Universitat de Barcelona (UB) han descobert una població de forats negres de grans dimensions al cúmul estel·lar Palomar 5. Aquest és un cúmul estel·lar únic perquè és un dels més “esponjosos” de la Via Làctia, amb una distància mitjana d’uns quants anys llum entre les estrelles i perquè té associat un corrent estel·lar especular que cobreix més de vint graus al cel. Astrònoms i astrofísics han demostrat que aquestes dues característiques distintives són el resultat de l’acumulació de forats negres. Aquesta és aproximadament tres vegades més gran del que s’esperaria pel nombre d’estrelles que té, fet que significa que més del 20% de la massa total del cúmul és format per forats negres.

El professor de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB i autor principal del treball, Mark Gieles, explica que cada forat té vint vegades la massa del Sol i es van formar en explosions de supernoves al final de la vida de les estrelles massives, quan el cúmul encara era molt jove.

Els corrents de marea són associacions d’estrelles que van ser expulsades de cúmuls estel·lars o galàxies nanes. Durant aquests darrers anys, s’han descobert prop de trenta corrents estel·lars estrets a l’halo de la Via Làctia. Gieles afirma que es desconeix com es formen aquests corrents però una idea és que són cúmuls estel·lars que han patit alguna pertorbació. Tanmateix, cap dels corrents descoberts recentment té un cúmul estel·lar associat, de manera que els investigadors no poden estar segurs d’aquesta teoria. Per entendre com es van formar aquests corrents, cal estudiar-ne un amb un sistema estel·lar associat i Palomar 5 es l’únic cas. Per això, s’investiga en detall.

En aquest estudi, els autors van simular les òrbites i l’evolució de cada estrella des de la formació del cúmul fins a la dissolució final. En van variar les propietats inicials fins que van trobar que les observacions del corrent i del cúmul coincidien. L’equip d’astrònoms creu que Palomar 5 es va formar a partir d’una fracció de forat negre més petit, però les estrelles van poder escapar de manera més eficient que els forats negres, de manera que la fracció del forat negre va augmentar gradualment. Posteriorment, els forats negres van inflar dinàmicament el cúmul mitjançant interaccions d’assistència gravitacional amb les estrelles, que van provocar que s’escapessin més estrelles i es formés el corrent.

Just abans que es dissolgui completament, aproximadament d’aquí a uns mil milions d’anys, el cúmul estarà format completament per forats negres. El coautor de l’estudi i investigador de la Universitat de Surrey (Regne Unit), Denis Erkal, explica que tot i que Palomar 5 té les cues més lluminoses i llargues que cap altre a la Via Làctia, no és únic sinó que es creu que molts cúmuls dominats pel forat negre de forma similar ja s’han desintegrat en les marees de la Via Làctia per formar els primers corrents estel·lars recentment descoberts.

Gieles afegeix que l’estudi demostra que la presència d’una gran població de forats negres pot haver estat comuna en tots els grups que formaven els corrents. Això és important per entendre la formació de cúmuls globulars, de masses inicials d’estrelles i l’evolució de les estrelles massives.

Aquest treball també té importants implicacions per a les ones gravitacionals. Es creu que una gran part de les fusions de forats negres binaris es formen en cúmuls estel·lars i una gran incògnita en aquest escenari és la quantitat de forats negres que hi ha als cúmuls, cosa que és difícil de delimitar observacionalment. El mètode dels investigadors proporciona una manera de saber quants forats negres hi ha en un cúmul estel·lar mirant les estrelles que en són expulsades.

En concret, Palomar 5 és un cúmul globular descobert el 1950 per Walter Baade. Es troba a la constel·lació del Serpent, a una distància d’uns vuitanta mil anys llum, i és un dels aproximadament cent cinquanta cúmuls globulars que orbiten al voltant de la Via Làctia. Té més de deu mil milions d’anys, com la majoria d’altres cúmuls globulars, cosa que significa que es va formar en les primeres fases de formació de galàxies. És aproximadament deu vegades menys massiu i cinc vegades més extens que un cúmul globular típic i en les etapes finals de dissolució.

Els resultats de la recerca s’han publicat a ‘Nature Astronomy’.