黑洞是已知宇宙中最为奇特的天体之一，其引力之强甚至连光都无法逃逸。一般星系的中心都有一个超大质量黑洞。而恒星级黑洞，也就是质量大约几个到几十个太阳质量的黑洞，则通常分散在星系各个区域内。
黑洞示意图。然而，天文学家惊奇发现一群密集的黑洞，它们都在绕行我们银河系的一个星团中。并且，天文学家认为这个星团将逐渐变成一个完全由黑洞组成的星团。编号为Palomar 5是一个独特的星团。它具有两条明亮的尾巴，其中包含许多恒星。这两条尾巴非常巨大，长度达到三万光年。虽然目前理论认为这样的星流是由于星团的引力作用下从星团中喷发出来形成的，但是天文学家对其具体的物理过程并不清楚。最新研究表明Palomar 5的星流特征，很可能是由于星团中心有数量超过100个的超密集黑洞群造成的。“从星团中的恒星数量来看，黑洞的数量大约是预期的三倍，这意味着星团总质量的20%以上是由黑洞组成的。它们每个的质量约为20几倍于太阳的质量，它们在大质量恒星生命末期的超新星爆炸中形成，当时星团还很年轻。”西班牙巴塞罗那大学的马克·吉勒斯(Mark Gieles)教授说。
学名为潮汐流的星流是通过扰乱星团或矮星系而在引力潮汐作用下喷出的恒星流。近年来，在银河系晕中发现了近三十条潮汐流。科学家怀疑是银河系中的星团受到干扰破坏而形成的。“我们不知道这些星流是如何形成的，但一个想法是它们是被破坏的星团。然而，最近发现的星流都没有与之相关的星团，因此我们不能确定。所以，要了解这些是如何形成的流形成，我们需要研究一个与星团直接相关的潮汐流。Palomar 5是唯一的案例，这就是我们详细研究它的原因。”吉勒斯解释说。研究团队模拟了从星团形成直到解体过程中每颗恒星的轨道和演化。研究发现，Palomar 5形成时的黑洞所占质量比例较低，但其中逃逸出星团的恒星比黑洞多，因此黑洞比例逐渐增加。黑洞在与恒星的引力相互作用中造成了星团膨胀，导致更多的恒星逃逸并形成了潮汐流。最终在星团完全解体之前，星团将完全由黑洞组成。“这项研究帮助我们理解，尽管蓬松的Palomar 5星团拥有比银河系中任何星团都要更亮和更长的尾巴，但它并不是独一无二的。相反，我们相信许多类似膨胀的、以黑洞为主的星团具有已经在银河系潮汐中解体形成最近发现的细恒星流。”英国萨里大学的丹尼斯·埃卡尔(Denis Erkal)讲师说。吉勒斯说：“我们已经证明，在形成潮汐流的所有星团中，都可能普遍存在大量黑洞。”这对于科学家理解球状星团的形成、恒星的初始质量和大质量恒星的演化很重要。
这项研究对引力波也具有重要意义。“据信，很大一部分双黑洞合并形成于星团中。在这种情况下，一个很大的未知数是星团中有多少个黑洞，这很难通过观测来限制，因为我们看不到黑洞。我们的研究提供了一种通过观察星团中喷射出的恒星来了解星团中有多少黑洞的方法。“卡迪夫大学的法比奥·安东尼尼(Fabio Antonini)讲师说。这项新研究发表于2021年7月5日的《自然天文》杂志上。
