Чёрные дыры могли разрушить двойные звёзды шаровых скоплений

В Млечном Пути примерно треть звёзд входит в двойные или кратные системы. В шаровых скоплениях, плотных и древних группах звёзд, компаньон есть лишь у 1–10% светил. Команда Кристофера О'Коннора из Северо-Западного университета в статье в The Astrophysical Journal проверила, могли ли скопления родиться с такой же долей двойных, как в окрестностях Солнца, и растерять её позже.

Сначала авторы построили аналитическую модель. Она описывает судьбу пары в зависимости от масс звёзд, расстояния между ними и встреч с соседями по скоплению. Решающим оказалось деление двойных на «жёсткие» и «мягкие». Жёсткие пары тесно связаны, и пролёты соседних звёзд, частые в тесном скоплении, связывают их ещё сильнее. Мягкие пары от таких встреч, наоборот, расходятся и живут недолго. По расчётам команды, если в скоплениях изначально было столько же двойных, сколько в окрестностях Солнца, распада мягких пар достаточно, чтобы объяснить нынешнюю нехватку.

Как скопление разрушает пары

Один из главных механизмов авторы называют «выжиганием» чёрными дырами. Чёрные дыры, входящие в двойные системы, принадлежат к самым массивным объектам скопления. При сближениях с другими звёздами они передают энергию, и её приток может довести мягкие пары до распада. Тот же процесс подпитывает ядро скопления и мешает его коллапсу, при котором ядро постепенно теряет энергию, становится горячее и плотнее.

Чтобы проверить аналитические выводы, команда смоделировала динамику скоплений методом N тел с помощью кода Cluster Monte Carlo. В скоплениях средней и низкой плотности пары распадаются в основном из-за «выжигания» чёрными дырами. В самых компактных скоплениях заметную роль играют ещё и столкновения звёзд: они начинают разрушать пары раньше, чем начинается «выжигание» чёрными дырами. Итоговые доли двойных в моделях согласуются с аналитическим прогнозом. Это поддерживает гипотезу об одинаковом начальном распределении двойных звёзд в шаровых скоплениях Галактики и в окрестностях Солнца.