Palomar 5 est un amas d'étoiles unique. Dans un article publié aujourd'hui dans Astronomie de la nature , une équipe internationale d'astrophysiciens dirigée par l'Université de Barcelone montre que les caractéristiques distinctives de Palomar 5 sont probablement le résultat d'une population de trous noirs surdimensionnée de plus de 100 d'entre eux au centre de l'amas.

"Le nombre de trous noirs est environ trois fois plus grand que prévu d'après le nombre d'étoiles dans l'amas, et cela signifie que plus de 20% de la masse totale de l'amas est constitué de trous noirs. Ils ont chacun une masse d'environ 20 fois la masse du Soleil, et ils se sont formés dans des explosions de supernova à la fin de la vie des étoiles massives, quand la grappe était encore très jeune, " dit le professeur Mark Gieles, de l'Institut des sciences du cosmos de l'Université de Barcelone (ICCUB) et auteur principal de l'article.

Les courants de marée sont des courants d'étoiles qui ont été éjectés par des amas d'étoiles perturbateurs ou des galaxies naines. Dans les dernières années, près de trente minces ruisseaux ont été découverts dans le halo de la Voie lactée. "Nous ne savons pas comment ces ruisseaux se forment, mais une idée est qu'il s'agit d'amas d'étoiles perturbés. Cependant, aucun des ruisseaux récemment découverts n'a d'amas d'étoiles associé, par conséquent, nous ne pouvons pas être sûrs. Donc, comprendre comment ces ruisseaux se sont formés, nous devons en étudier un avec un système stellaire qui lui est associé. Palomar 5 est le seul cas, ce qui en fait une pierre de Rosette pour comprendre la formation des cours d'eau et c'est pourquoi nous l'avons étudiée en détail, " explique Gielès.

Les auteurs simulent les orbites et l'évolution de chaque étoile depuis la formation de l'amas jusqu'à la dissolution finale. Ils ont fait varier les propriétés initiales de l'amas jusqu'à ce qu'une bonne correspondance avec les observations du cours d'eau et de l'amas soit trouvée. L'équipe constate que Palomar 5 s'est formé avec une fraction de trou noir inférieure, mais les étoiles s'échappaient plus efficacement que les trous noirs, de telle sorte que la fraction de trou noir augmente progressivement. Les trous noirs ont gonflé dynamiquement l'amas dans les interactions gravitationnelles de la fronde avec les étoiles, ce qui a conduit à encore plus d'étoiles qui s'échappent et à la formation du ruisseau. Juste avant qu'il ne se dissolve complètement, dans environ un milliard d'années, l'amas sera entièrement composé de trous noirs. "Ce travail nous a aidé à comprendre que même si l'amas duveteux Palomar 5 a les queues les plus brillantes et les plus longues de tous les amas de la Voie lactée, ce n'est pas unique. Au lieu, nous pensons que beaucoup sont également gonflés, les amas dominés par les trous noirs se sont déjà désintégrés dans les marées de la Voie lactée pour former les minces ruisseaux stellaires récemment découverts, ", explique le co-auteur, le Dr Denis Erkal de l'Université de Surrey.

Gieles dit, "Nous avons montré que la présence d'une grande population de trous noirs peut avoir été commune dans tous les clusters qui ont formé les ruisseaux." Ceci est important pour notre compréhension de la formation des amas globulaires, les masses initiales des étoiles et l'évolution des étoiles massives. Ce travail a également des implications importantes pour les ondes gravitationnelles. "On pense qu'une grande partie des fusions de trous noirs binaires se forment dans des amas d'étoiles. Une grande inconnue dans ce scénario est le nombre de trous noirs dans les amas, ce qui est difficile à contraindre par l'observation car nous ne pouvons pas voir les trous noirs. Notre méthode nous donne un moyen d'apprendre combien de BH il y a dans un amas d'étoiles en regardant les étoiles qu'elles éjectent.'", dit le Dr Fabio Antonini de l'Université de Cardiff, un co-auteur de l'article.

Palomar 5 est un amas globulaire découvert en 1950 par Walter Baade. Il est dans la constellation des Serpents à une distance d'environ 80, 000 années-lumière, et c'est l'un des quelque 150 amas globulaires qui orbitent autour de la Voie lactée. Il a plus de 10 milliards d'années, comme la plupart des autres amas globulaires, ce qui signifie qu'il s'est formé dans les premières phases de la formation des galaxies. Il est environ 10 fois moins massif et cinq fois plus étendu qu'un amas globulaire typique et en phase finale de dissolution.