100個(gè)黑洞
Palomar 5號(hào)球狀星團(tuán)一直很奇怪。這個(gè)星團(tuán)是已知“最蓬松”星團(tuán)之一。它的質(zhì)量比其它星團(tuán)質(zhì)量要小，并且恒星之間的距離也非常大。它有兩條長(zhǎng)長(zhǎng)的流光從星團(tuán)中逸出，并且現(xiàn)在天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)Palomar 5有個(gè)新的奇特現(xiàn)象：它的中心隱藏著超過(guò)100個(gè)黑洞。天文學(xué)家組于2021年7月1日宣布，這個(gè)奇特的球狀星團(tuán)黑洞數(shù)量比預(yù)期的大約還多3倍。這個(gè)星團(tuán)20%的質(zhì)量來(lái)自黑洞。這些天文學(xué)家預(yù)測(cè)，總有一天這些恒星會(huì)消失不見(jiàn)，只留下黑洞。
研究員們?cè)?/span>同行評(píng)議期刊《自然天文學(xué)》上發(fā)布了他們的研究。
Palomar 5是球狀星團(tuán)，由眾多恒星組成，在銀河系的星系暈中運(yùn)轉(zhuǎn)。1950年，Palomar 5由沃爾特·巴德（Walter Baade）所發(fā)現(xiàn)。Palomar 5距離我們有65,000光年遠(yuǎn)，位于巨蛇座方向。由于該球狀星團(tuán)和星系同時(shí)形成，所以年代久遠(yuǎn)，至今已存在了100億年。該球狀星團(tuán)正處于消散過(guò)程中，長(zhǎng)長(zhǎng)的恒星流正從該星團(tuán)流往太空。
這張銀河系的全景圖顯示了恒星集中的亮區(qū)以及黑暗、布滿塵埃的區(qū)域。漂浮在頂部的小塊亮區(qū)可以獲得更深層次的數(shù)據(jù)，通過(guò)該區(qū)域，我們可以看到Palomar 5及其潮尾。星團(tuán)以及星流跨越了20度以上的天空。與之相比，滿月只跨越了1/2度。圖片來(lái)自馬克·吉勒斯（Mark Gieles）等人/ Gaia eDR3/ DESI DECaLS/巴塞羅那大學(xué)。
和黑洞一樣重的球狀星團(tuán)
對(duì)于一個(gè)球狀星團(tuán)來(lái)說(shuō)，帕洛瑪5號(hào)的黑洞數(shù)量是不尋常的。該論文的第一作者、巴塞羅那大學(xué)的馬克·吉爾斯(Mark Gieles)說(shuō):
“黑洞的數(shù)量大約是星團(tuán)中恒星數(shù)量的三倍，這意味著星團(tuán)總質(zhì)量中的20%以上是由黑洞提供的。每個(gè)黑洞的質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的20倍，是在大質(zhì)量恒星生命末期的超新星爆炸中形成的，那時(shí)星團(tuán)還很年輕?！?/span>
巴塞羅那大學(xué)宇宙科學(xué)研究所的馬克·吉勒斯（Mark Gieles）領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究。圖片來(lái)自巴塞羅那大學(xué)。
潮汐流的羅塞塔石碑
和黑洞一樣重的星團(tuán)正在失去恒星，它們從星團(tuán)流向太空，留下了長(zhǎng)長(zhǎng)的彗尾，在深空觀測(cè)中可見(jiàn)。潮汐流是由擾亂星團(tuán)或矮星系噴射出來(lái)的恒星組成的。Palomar 5是唯一一個(gè)展現(xiàn)出潮汐流的球狀星團(tuán)。但在過(guò)去幾年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了近30條與銀河系暈中的星系團(tuán)無(wú)關(guān)的薄潮汐流。吉勒斯說(shuō)道：
“我們不知道這些潮汐流是如何形成的，但有一種觀點(diǎn)認(rèn)為它們是擾亂星團(tuán)。然而，最近發(fā)現(xiàn)的潮汐流中沒(méi)有一個(gè)與擾亂星團(tuán)相關(guān)，因此我們無(wú)法確定。所以，為了了解這些潮汐流是如何形成的，我們需要研究一個(gè)與之相關(guān)的恒星系統(tǒng)。Palomar 5是唯一可研究的對(duì)象，它成為了解河流形成的羅塞塔石碑，這也是我們?cè)敿?xì)研究它的原因。”
較高的黑洞密度可能在潮汐流的形成中起著關(guān)鍵作用。他繼續(xù)說(shuō)道：
“我們已經(jīng)證明，極高密度黑洞可能存在于任何一個(gè)星團(tuán)中，從而幫助潮汐流的生成”。
從球狀到黑洞星系團(tuán)
利用計(jì)算機(jī)建模，科學(xué)家們進(jìn)行了不同的模擬，希望發(fā)現(xiàn)一個(gè)與帕洛馬5號(hào)的屬性相匹配的。帕洛馬5號(hào)可能是與較低濃度的黑洞一起形成的。恒星比黑洞更容易逃逸，因此星團(tuán)中黑洞占恒星的比例增加了。黑洞與恒星的相互作用產(chǎn)生了引力彈弓，這幫助創(chuàng)造了它“蓬松”的外觀，導(dǎo)致更多的恒星逃逸，并為流出的“潮汐流"提供燃料?？茖W(xué)家們說(shuō)，10億年后，就在星系團(tuán)完全解散之前，它將完全由黑洞組成。
科學(xué)家們的研究為我們了解球狀星團(tuán)的形成、恒星的初始質(zhì)量和大質(zhì)量恒星的演化提供了更完整的圖景，并對(duì)研究引力波有重要的意義。
結(jié)論：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，被稱為帕洛馬5號(hào)的球狀星團(tuán)中大部分是黑洞，有一天它將失去所有恒星，完全由黑洞構(gòu)成。
相關(guān)知識(shí)
黑洞作為宇宙中的超時(shí)空 ，引力 強(qiáng)大到足以吞噬宇宙射線包括光粒子，廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)當(dāng)質(zhì)量天體坍塌壓縮到達(dá)一定程度，時(shí)空變形，產(chǎn)生了黑洞, 無(wú)法逃脫的邊界稱為視閾（視界）。盡管它對(duì)經(jīng)過(guò)它的物體的命運(yùn)甚至宇宙環(huán)境有著巨大的影響，多方面探測(cè)，目前仍未證實(shí)它的天體特征，即禁區(qū)“超時(shí)空”的存在。
此外，彎曲時(shí)空中的量子場(chǎng)論預(yù)測(cè)，視閾會(huì)發(fā)出霍金輻射，其光譜與黑體相同，溫度與其質(zhì)量成反比。對(duì)于恒星質(zhì)量的黑洞來(lái)說(shuō)，大約是絕對(duì)溫度下的十億分之一，根本無(wú)法直接進(jìn)行觀測(cè)。
在18世紀(jì)，約翰·米歇爾和皮埃爾·西蒙·拉普拉斯首先考慮了引力場(chǎng)較強(qiáng)及光逃逸的物體。
1916年，卡爾·施瓦茨希爾德(Karl Schwarzschild)根據(jù)廣義相對(duì)論發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)描述黑洞特征的現(xiàn)代方案，1958年，戴維·芬克爾斯坦(David Finkelstein)在首次發(fā)表的廣義相對(duì)論的解釋中提到：黑洞是一個(gè)沒(méi)有任何物體可以逃脫的空間閾。黑洞長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是數(shù)學(xué)上的新奇事物；直到20世紀(jì)60年代，理論研究證明它們普遍證明了廣義相對(duì)論。1967年，約瑟琳·貝爾·伯奈爾（Jocelyn Bell Burnell）發(fā)現(xiàn)了脈沖星（旋轉(zhuǎn)的中子星），這引發(fā)了人們對(duì)引力坍縮致密天體的興趣，認(rèn)為這可能是天體物理學(xué)的實(shí)現(xiàn)。1971年，幾位研究人員獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)黑洞天鵝座X-1。
注：中子于1932年發(fā)現(xiàn)，美國(guó)天文學(xué)家同時(shí)認(rèn)為還有高速自轉(zhuǎn)的中子星存在，并于1934年作出預(yù)言，這是一種具有恒星質(zhì)量并且?guī)缀跬耆芍凶訕?gòu)成的致密星體，超新星爆炸之后的遺留物被壓縮而來(lái)。
BY：Kelly Kizer Whitt
FY：Astronomical volunteer team
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聯(lián)合署名：米蘇，Einsmouse??，馬冰潔
審核：天文志愿文章組-
排版：零度星系
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3.原文來(lái)自：https://earthsky.org/space/astronomers-find-100-black-holes-in-palomar-5/
本文由天文志愿文章組-米蘇，Einsmouse??，馬冰潔翻譯自文章作者Kelly Kizer Whitt的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除。
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