Los agujeros negros se están apoderando lentamente de un cúmulo que orbita nuestra galaxia
Palomar 5, un cúmulo flanqueado por colas de estrellas gigantes, será completamente usurpado por agujeros negros en mil millones de años, predicen los científicos.
Palomar 5, un cúmulo extendido de estrellas antiguas que orbita la Vía Láctea, está flanqueado por dos enormes colas de estrellas que se extienden a lo largo de 30.000 años luz, una característica que durante mucho tiempo ha fascinado y desconcertado a los científicos. Está claro que las colas están formadas por estrellas que han sido expulsadas gravitacionalmente del cúmulo a lo largo del tiempo, pero el mecanismo exacto que produjo la corriente estelar inusualmente larga en Palomar 5 sigue siendo un misterio.
Ahora, los científicos dirigidos por Mark Gieles, astrofísico de la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados de la Universidad de Barcelona, han propuesto una explicación evocadora: los agujeros negros se están apoderando de Palomar 5 de forma lenta pero segura, un proceso que está echando estrellas en una tasa acelerada.
En aproximadamente mil millones de años, los agujeros negros en Palomar 5 lograrán su usurpación total del sistema, haciendo que Palomar 5 “se disuelva como un cúmulo de agujeros negros al 100 por ciento”, según un estudio publicado el lunes en Nature Astronomy .
Gieles ha estado rumiando sobre la dinámica de sistemas como Palomar 5, que se conocen como cúmulos globulares debido a su forma aproximadamente esférica, durante más de una década. El advenimiento de la astronomía de ondas gravitacionales, un campo que utiliza ondas en el espacio-tiempo para estudiar objetos extremos como los agujeros negros, ha arrojado nueva luz sobre la dinámica que puede estar dando forma a la evolución de estos enigmáticos cúmulos.
“Palomar 5 con su flujo es verdaderamente único y es una especie de Rosetta Stone para comprender la formación del flujo”, dijo Gieles en un correo electrónico. “Debido al descubrimiento de las ondas gravitacionales, otros y yo comenzamos a mirar con más detalle lo que sucede cuando un cúmulo de estrellas tiene agujeros negros, y luego me di cuenta de que la alta tasa de escape y el gran radio de Palomar 5 podrían ser el resultado de una población masiva de agujeros negros “.
“Combinado con lo anterior, decidí que deberíamos intentar modelar Palomar 5 y su flujo y ver si todas las propiedades peculiares se pueden explicar con los agujeros negros”, agregó.
Además de sus colas extendidas, Palomar 5 es uno de los cúmulos más escasamente poblados de la Vía Láctea, lo que significa que no le quedan muchas estrellas en la estructura central entre las dos colas. Estas características contrastan con otras grandes estructuras estelares que orbitan la Vía Láctea, que incluyen cúmulos voluminosos que no tienen cola y colas incorpóreas que no tienen cúmulo central.
El equipo de Gieles sospecha que Palomar 5 alguna vez tuvo una proporción normal de agujeros negros a estrellas hace miles de millones de años, y que los agujeros negros solo representaban un pequeño porcentaje de la masa total del cúmulo. Pero cada vez que el cúmulo hace su aproximación orbital más cercana a la Vía Láctea, las fuerzas gravitacionales en nuestra galaxia eliminan las estrellas del sistema, creando las colas distintivas y dejando atrás una población de agujeros negros en constante acumulación.
“Debido a que los agujeros negros son más masivos que las estrellas, experimentan lo que se llama fricción dinámica: se ralentizan debido a las interacciones con las estrellas”, explicó Gieles. “Como resultado, se hunden en el centro, donde están ‘seguros’. Las estrellas se eliminan de la parte exterior cada vez que el cúmulo pasa cerca del centro galáctico o cruza el disco. Cuando eliminas estrellas, pero no agujeros negros, ¡la fracción de agujero negro aumenta! ”
Sin embargo, esto no sucede para todos los cúmulos porque los agujeros negros también son expulsados del cúmulo, como resultado de interacciones entre agujeros negros binarios y otros agujeros negros”, continuó. “Si este proceso es más rápido o más lento que el despojo de estrellas, depende de la masa inicial y la densidad del cúmulo de estrellas”
Según los modelos desarrollados por el equipo, las extrañas características de Palomar 5 podrían explicarse con una población de agujeros negros que ha crecido hasta una quinta parte de la masa del sistema. A medida que el cúmulo continúa perdiendo sus estrellas, el sistema eventualmente será tomado por completo por agujeros negros, en aproximadamente mil millones de años.
Este nuevo estudio se basa en simulaciones de Palomar 5, pero Gieles y sus colegas son optimistas de que pueden obtener evidencia de observación para respaldar su hipótesis al examinar de cerca la dinámica interior del sistema utilizando telescopios. Además, el equipo planea echar otro vistazo a esas corrientes de estrellas incorpóreas que parecen no tener cúmulos progenitores, ya que estas estructuras pueden revelar la forma final de la toma de posesión de un agujero negro.
“Queremos observar la masa en las corrientes sin progenitores y comprender si los agujeros negros también son necesarios para esto”, dijo Gieles, una vía de investigación que “tiene varias implicaciones para nuestra comprensión de la formación y evolución de los cúmulos globulares”.