Vintergatan är full av stjärnhopar. Vissa innehåller bara några tiotals till hundratals unga stjärnor. andra, kända som klothopar, är bland de äldsta föremålen i universum och innehåller upp till en miljon gamla stjärnor.

Vissa klothopar tros vara fragment av vår galax, mejslade av när Vintergatan var i sin linda. Andra kan ha börjat livet som fristående dvärggalaxer innan de fångades av Vintergatan under dess uppväxtår.

Oavsett deras ursprung, många klotformade hopar finns antingen i eller bakom de dammiga områdena i vår galax. För mark- och rymdbaserade optiska teleskop, dock, detta utgör en utmaning. Även om det är möjligt att observera klustret som helhet, dammet hindrar astronomers ansträngningar att studera enskilda stjärnors rörelser. Om astronomer kunde spåra enskilda stjärnors rörelser, de kunde se hur "klumpig" klothopen är eller om den innehåller något riktigt tätt, som ett gigantiskt svart hål i mitten.

Lyckligtvis, radiovågor – som de som sänds ut av pulsarer – är obehindrade av galaktiskt damm. Så istället för att spåra stjärnornas rörelser, astronomer borde kunna kartlägga pulsarernas rörelser istället. Men, självklart, saker är aldrig så enkelt. Även om klothopar är fulla av stjärnor, de innehåller mycket färre pulsarer.

"Det är det som gör Terzan 5 till ett så viktigt mål för studier; den har ett aldrig tidigare skådat överflöd av pulsarer - totalt 37 upptäckta hittills, även om endast 36 användes i vår studie, " sa Brian Prager, en Ph.D. kandidat vid University of Virginia i Charlottesville och huvudförfattare på ett papper som visas i Astrofysisk tidskrift . "Ju fler pulsarer du kan observera, desto mer komplett din datauppsättning och desto fler detaljer kan du urskilja om det inre av klustret."

Terzan 5-klustret är cirka 19, 000 ljusår från jorden, strax utanför den centrala utbuktningen av vår galax.

För sin forskning, astronomerna använde National Science Foundations (NSF) Green Bank Telescope (GBT) i West Virginia. GBT är ett otroligt effektivt instrument för pulsardetektering och -observation. Den har utsökt känslig elektronik, några specifikt optimerade för denna uppgift, och en 100-meters skål, det största av alla fullt styrbara radioteleskop.

Pulsarer är neutronstjärnor – de fantastiskt täta resterna av supernovor – som sänder ut strålar av radiovågor från sina magnetiska poler. När en pulsar roterar, dess strålar av radioljus sveper över rymden i en kosmisk version av en fyr. Om strålarna lyser i riktning mot jorden, astronomer kan upptäcka de utsökt stadiga pulserna från stjärnan.

När pulsarerna i Terzan 5 rör sig i förhållande till jorden – dras i olika riktningar av klustrets varierande täthet – kommer Dopplereffekten in i bilden. Denna effekt lägger till en liten fördröjning till timingen om pulsaren rör sig bort från jorden. Den rakar också bort den minsta bråkdelen av en millisekund om pulsaren rör sig mot oss.

När det gäller Terzan 5, astronomer är särskilt intresserade av en klass av pulsarer som kallas millisekundspulsarer. Dessa pulsarer roterar hundratals gånger varje sekund med en regelbundenhet som konkurrerar med precisionen hos atomur på jorden.

Pulsarer uppnår dessa anmärkningsvärda hastigheter genom att suga bort materia från en närliggande medföljande stjärna. Det infallande materialet träffar kanten på neutronstjärnan i en vinkel, öka pulsarens snurrhastighet på ungefär samma sätt som en basketboll som är balanserad på spetsen av ett finger kan snurras upp genom att slå dess sida.

Millisekunderpulsarer är en speciell välsignelse för astronomer eftersom de gör det möjligt att upptäcka nästan oändligt små förändringar i tidpunkten för radiopulserna.

"Pulsarer är otroligt exakta kosmiska klockor, sa Scott Ransom, en astronom vid National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Charlottesville, Virginia, och medförfattare på tidningen. "Med GBT, vårt team kunde i huvudsak mäta hur var och en av dessa klockor faller genom rymden mot regioner med högre massa. När vi väl har den informationen, vi kan översätta det till en mycket exakt karta över klustrets densitet, som visar oss var huvuddelen av "grejer" i klustret finns."

Tidigare, astronomer trodde att Terzan 5 kan vara antingen en skev dvärggalax som slukas upp av Vintergatan eller ett fragment av den galaktiska utbuktningen. Om klustret vore en infångad dvärggalax, det kan också hysa ett centralt supermassivt svart hål, som är ett av kännetecknen för alla stora galaxer och som finns i många dvärggalaxer också.

Den nya GBT-datan, dock, visar inga tydliga tecken på att en enda, det centrala svarta hålet lurar i Terzan 5. "Men, vi kan ännu inte säga säkert om en mindre, mellanmassa svart hål finns där. De nya observationerna ger också bättre bevis för att Terzan 5 är en äkta klothop som är född i Vintergatan snarare än resterna av en dvärggalax, sa Ransom.

Framtida observationer med mer sofistikerade accelerationsmodeller kan bättre begränsa ursprunget till Terzan 5.