La Via Lattea è piena zeppa di ammassi stellari. Alcuni contengono solo poche decine o centinaia di giovani stelle. Altri, noti come ammassi globulari, sono tra gli oggetti più antichi dell'Universo e contengono fino a un milione di stelle antiche.

Si pensa che alcuni ammassi globulari siano frammenti della nostra galassia, cesellato quando la Via Lattea era nella sua infanzia. Altre potrebbero aver iniziato la vita come galassie nane autonome prima di essere catturate dalla Via Lattea durante i suoi anni di formazione.

Indipendentemente dalle loro origini, molti ammassi globulari risiedono dentro o dietro le regioni polverose della nostra galassia. Per i telescopi ottici terrestri e spaziali, però, questo rappresenta una sfida. Sebbene sia possibile osservare il cluster nel suo insieme, la polvere ostacola gli sforzi degli astronomi per studiare i moti delle singole stelle. Se gli astronomi potessero seguire i movimenti delle singole stelle, hanno potuto vedere quanto è "grumoso" l'ammasso globulare o se contiene qualcosa di veramente denso, come un gigantesco buco nero al centro.

Fortunatamente, le onde radio, come quelle emesse dalle pulsar, non sono ostacolate dalla polvere galattica. Quindi, invece di seguire i movimenti delle stelle, gli astronomi dovrebbero invece essere in grado di mappare i moti delle pulsar. Ma, Certo, le cose non sono mai così semplici. Sebbene gli ammassi globulari siano colmi di stelle, contengono molte meno pulsar.

"Questo è ciò che rende Terzan 5 un obiettivo di studio così importante; ha un'abbondanza di pulsar senza precedenti - un totale di 37 rilevate finora, sebbene solo 36 siano stati utilizzati nel nostro studio, " ha detto Brian Prager, un dottorato di ricerca candidato all'Università della Virginia a Charlottesville e autore principale di un articolo apparso nel Giornale Astrofisico . "Più pulsar puoi osservare, più completo è il tuo set di dati e più dettagli puoi discernere sull'interno del cluster."

Il cluster Terzan 5 è di circa 19, 000 anni luce dalla Terra, appena fuori dal rigonfiamento centrale della nostra galassia.

Per la loro ricerca, gli astronomi hanno utilizzato il Green Bank Telescope (GBT) della National Science Foundation (NSF) in West Virginia. Il GBT è uno strumento incredibilmente efficiente per il rilevamento e l'osservazione delle pulsar. Ha un'elettronica squisitamente sensibile, alcuni specificamente ottimizzati per questo compito, e una parabola da 100 metri, il più grande di qualsiasi radiotelescopio completamente orientabile.

Le pulsar sono stelle di neutroni - i resti straordinariamente densi di supernova - che emettono fasci di onde radio dai loro poli magnetici. Quando una pulsar ruota, i suoi raggi di luce radio attraversano lo spazio in una versione cosmica di un faro. Se i raggi brillano in direzione della Terra, gli astronomi possono rilevare gli impulsi squisitamente costanti della stella.

Quando le pulsar di Terzan 5 si muovono rispetto alla Terra, disegnate in direzioni diverse dalla densità variabile dell'ammasso, entra in gioco l'effetto Doppler. Questo effetto aggiunge un piccolo ritardo ai tempi se la pulsar si sta allontanando dalla Terra. Riduce anche la più piccola frazione di millisecondo se la pulsar si sta muovendo verso di noi.

Nel caso di Terzan 5, gli astronomi sono particolarmente interessati a una classe di pulsar nota come pulsar millisecondo. Queste pulsar ruotano centinaia di volte al secondo con una regolarità che rivaleggia con la precisione degli orologi atomici sulla Terra.

Le pulsar raggiungono queste notevoli velocità sottraendo materia da una vicina stella compagna. La materia in caduta colpisce il bordo della stella di neutroni con un angolo, aumentando la velocità di rotazione della pulsar più o meno allo stesso modo in cui un pallone da basket in equilibrio sulla punta di un dito può essere fatto ruotare colpendolo di lato.

Le pulsar al millisecondo sono un vantaggio particolare per gli astronomi perché consentono di rilevare variazioni quasi infinitesimali nella tempistica degli impulsi radio.

"Le pulsar sono orologi cosmici incredibilmente precisi, " ha detto Scott Ransom, un astronomo del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) di Charlottesville, Virginia, e coautore del documento. "Con il GBT, il nostro team è stato in grado di misurare essenzialmente come ciascuno di questi orologi sta cadendo nello spazio verso regioni di massa maggiore. Una volta che abbiamo queste informazioni, possiamo tradurlo in una mappa molto precisa della densità dell'ammasso, mostrandoci dove risiede la maggior parte della 'roba' nel cluster."

In precedenza, gli astronomi pensavano che Terzan 5 potesse essere una galassia nana deformata inghiottita dalla Via Lattea o un frammento del rigonfiamento galattico. Se l'ammasso fosse una galassia nana catturata, potrebbe anche ospitare un buco nero supermassiccio centrale, che è uno dei tratti distintivi di tutte le grandi galassie e può essere trovato anche in molte galassie nane.

I nuovi dati GBT, però, non mostrano segni evidenti che un singolo, buco nero centrale è in agguato in Terzan 5. "Tuttavia, non possiamo ancora dire con certezza se un più piccolo, lì risiede un buco nero di massa intermedia. Le nuove osservazioni forniscono anche una migliore prova che Terzan 5 è un vero ammasso globulare nato nella Via Lattea piuttosto che i resti di una galassia nana, " disse Ransom.

Osservazioni future che utilizzano modelli di accelerazione più sofisticati potrebbero vincolare meglio l'origine di Terzan 5.