یک خوشه پنبه‌ای از ستارهها در آسمان رازی را در دل خود پنهان کرده است: بیش از ۱۰۰ سیاهچاله جرم ستاره‌ای. این خوشه ستاره‌ای پالومار ۵ نام دارد که در فاصله ۸۰ هزار سال نوری از ما قرار گرفته است.
این نوع خوشه‌های کروی معمولا فسیل‌های کیهان اولیه در نظر گرفته می‌شوند. آن‌ها بسیار متراکم و کروی‌شکل هستند و معمولا حدود ۱۰۰ هزار تا یک میلیون ستاره بسیار قدیمی در خود دارند. قدمت بعضی از آن‌ها، مثلا NGC 6397، به اندازه خود کیهان است.
در هر خوشه کروی، تمام ستارهها به‌طور همزمان از یک ابر گازی تشکیل شده‌اند. کهکشان راه شیری بیش از ۱۵۰ خوشه کروی شناخته شده دارد. این پدیده‌ها ابزار بسیار خوبی برای مطالعه تاریخ کیهان یا محتوای ماده تاریک کهکشان‌هایی هستند که دور آن‌ها می‌چرخند.
تلسکوپ فضایی گایا، نوع دیگری از گروه ستاره‌ای وجود دارد که به‌تازگی بیشتر موردتوجه قرار گرفته است، یعنی جریان‌های کشندی. این رودخانه‌های طولانی از ستارگان در امتداد آسمان کشیده شده‌اند. قبلا شناسایی این جریان‌ها دشوار بود. وقتی رصدخانه فضایی گایا از کهکشان راه شیری با دقت بالا به‌صورت سه‌بعدی نقشه‌برداری کرد، تعداد بیشتری از این جریان‌ها آشکار شدند.
| بیشتر بخوانید: ۱۰ مورد از شگفت‌انگیزترین عکس‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب تاکنون |
«مارک گیلس»، اخترفیزیکدان دانشگاه بارسلونا در اسپانیا در سال ۲۰۲۱، زمانی که محققان برای اولین بار این کشف را اعلام کردند، توضیح داد: «ما نمی‌دانیم این جریان‌ها چطور شکل می‌گیرند ولی یک ایده این است که آن‌ها خوشه‌های ستاره‌ای از هم گسیخته هستند. بااین‌حال، هیچ کدام از جریان‌های اخیرا کشف‌شده خوشه ستاره‌ای خود را ندارند. بنابراین نمی‌توانیم مطمئن باشیم. در نتیجه برای درک نحوه شکل‌گیری این جریان‌ها، باید یکی را که سیستم ستاره‌ای مرتبط دارد مطالعه کنیم. پالومار ۵ تنها مورد است و به‌همین دلیل آن را به‌طور مفصل مطالعه کردیم.»
پالومار ۵ از این نظر منحصربه‌فرد است که توزیع بسیار گسترده و بازی از ستارهها به‌علاوه یک جریان طولانی دارد که بیش از ۲۰ درجه از آسمان را در بر می‌گیرد. گیلس و همکارانش از شبیه‌سازی‌های دقیق N جسمی برای بازآفرینی مدارها و تحولات هر ستاره در خوشه استفاده کردند تا متوجه شوند چگونه به جایی که امروز هستند، رسیده‌اند.
از آن‌جایی که شواهد اخیر نشان می‌دهد جمعیت سیاهچالهها می‌توانند در نواحی مرکزی خوشه‌های کروی وجود داشته باشند و از آن‌جایی که فعل و انفعالات گرانشی با سیاهچالهها باعث دور شدن ستارهها می‌شود، دانشمندان سیاهچالهها را در بعضی از شبیه‌سازی‌ها گنجاندند.
نتایج نشان داد که جمعیتی از سیاهچالههای جرم ستاره‌ای در پالومار ۵ می‌تواند به پیکربندی امروزی آن منجر شود. فعل و انفعالات مداری ستارهها را از خوشه بیرون انداخته و وارد جریان کرده است. این باعث شده است که سیاهچالهها بر خوشه غالب شوند.
گیلس می‌گوید: «تعداد سیاهچالهها تقریبا سه برابر بیشتر از چیزی است که از تعداد ستاره‌های این خوشه انتظار می‌رود. این یعنی بیش از ۲۰درصد از کل جرم خوشه را سیاهچالهها تشکیل می‌دهند. جرم هر کدام حدود ۲۰ برابر جرم خورشید است و در نتیجه انفجارهای ابرنواختری در پایان عمر ستاره‌های پرجرم، وقتی خوشه خیلی جوان بود، شکل گرفتند.»
شبیه‌سازی‌های تیم نشان داد که این خوشه حدود یک میلیارد سال دیگر کاملا منحل می‌شود. درست قبل از اینکه این اتفاق بیفتد، آنچه از خوشه باقی مانده فقط سیاه‌چاله‌هایی هستند که دور مرکز کهکشانی می‌چرخند. در نتیجه، پالومار ۵ خیلی هم منحصربه‌فرد نیست زیرا مثل بقیه خوشه‌ها به‌طور کامل به جریان ستاره‌ای تبدیل خواهد شد.
شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان داد که سایر خوشه‌های کروی احتمالا در نهایت سرنوشت مشابهی خواهند داشت و تایید کرد که خوشه‌های کروی جای خوبی برای پیدا کردن سیاه‌چاله‌هایی هستند که در نهایت با هم برخورد می‌کنند. علاوه‌بر این، سیاهچالههای میان‌وزن نادر نیز ممکن است در آن‌ها وجود داشته باشند.
«فابیو آنتونینی»، اخترفیزیکدان دانشگاه کاردیف در بریتانیا، گفت: «اعتقاد بر این است که بخش بزرگی از ادغام سیاهچالههای دوتایی در خوشه‌های ستاره‌ای رخ می‌دهد. چیزی که در این سناریو ناشناخته است تعداد سیاهچاله در خوشه‌ها است. تعیین تعداد آن‌ها با رصد کردن ساده نیست، زیرا نمی‌توانیم سیاهچالهها را ببینیم. روش ما راهی را فراهم کرده است تا بر اساس ستاره‌هایی که یک خوشه به بیرون پرتاب می‌کند بفهمیم چه تعداد سیاهچاله در آن وجود دارد.»
