Массовая сегрегация (астрономия)

В астрономии — это процесс , динамическая массовая сегрегация при котором более тяжелые члены гравитационно-связанной системы, такой как звездное скопление , имеют тенденцию двигаться к центру, в то время как более легкие члены имеют тенденцию двигаться дальше от центра.

Равнораспределение кинетической энергии

Во время близкого столкновения двух членов скопления они обмениваются энергией и импульсом . Хотя обмен энергией может осуществляться в любом направлении, существует статистическая тенденция к выравниванию кинетической энергии двух участников во время встречи; это статистическое явление называется равнораспределением и похоже на то, что ожидаемая кинетическая энергия молекул газа одинакова при данной температуре.

Поскольку кинетическая энергия пропорциональна произведению массы на квадрат скорости, равнораспределение требует, чтобы менее массивные члены скопления двигались быстрее. Таким образом, более массивные члены будут стремиться опуститься на более низкие орбиты (то есть орбиты ближе к центру скопления), тогда как менее массивные члены будут стремиться подняться на более высокие орбиты.

Время, необходимое для примерного выравнивания кинетических энергий членов кластера, называется временем релаксации кластера. Шкала времени релаксации, предполагающая обмен энергией посредством взаимодействия двух тел, была аппроксимирована в учебнике Бинни и Тремейна. ^[1] как

t_{\mathrm {relax} }={\frac {N}{8\ln N}}\times t_{\mathrm {cross} }\ ,

где $N$ — число звезд в скоплении и $t_{\mathrm {cross} }$ — типичное время, необходимое звезде для пересечения скопления. Это порядка 100 миллионов лет для типичного шарового скопления радиусом 10 парсеков, состоящего из 100 тысяч звезд. Самые массивные звезды в скоплении могут разделяться быстрее, чем менее массивные звезды. Эту временную шкалу можно аппроксимировать с помощью игрушечной модели скопления, разработанной Лайманом Спитцером , в которой звезды имеют только две возможные массы ( $m_{1}$ и $m_{2}$ ). При этом более массивные звезды (масса $m_{1}$ ) разделится со временем

t_{\mathrm {m_{1}} }={\frac {m_{2}}{m_{1}}}\times t_{\mathrm {relax} }\ .

Внешняя сегрегация белых карликов наблюдалась в шаровом скоплении 47 Tucanae в ходе HST . исследования региона ^[2]

Первичная массовая сегрегация

Первичная массовая сегрегация — это неравномерное распределение масс, присутствующих при формировании кластера. Аргумент о том, что звездное скопление изначально разделено по массе, обычно основан на сравнении временных рамок вириализации и возраста скопления. Однако было изучено несколько динамических механизмов ускорения вириализации по сравнению с взаимодействиями двух тел. ^[4] В областях звездообразования часто наблюдают, что звезды О-типа преимущественно располагаются в центре молодого скопления.

Испарение

После релаксации скорость некоторых членов с малой массой может превышать скорость убегания скопления, в результате чего эти члены теряются в скоплении. Этот процесс называется испарением . (Похожий феномен объясняет потерю с планеты более легких газов, таких как водород и гелий, — после равнораспределения некоторые молекулы достаточно легких газов в верхних слоях атмосферы превысят скорость убегания планеты и потеряются. )

В результате испарения большинство рассеянных скоплений в конечном итоге рассеиваются, о чем свидетельствует тот факт, что большинство существующих рассеянных скоплений довольно молоды. Шаровые скопления , будучи более прочно связанными, кажутся более прочными.

В Галактике

Время релаксации галактики Млечный Путь составляет примерно 10 триллионов лет, что примерно в тысячу раз превышает возраст самой галактики. Таким образом, любая наблюдаемая сегрегация масс в нашей галактике должна быть почти полностью первичной. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Задача n тел - Задача по физике и небесной механике
Теорема Вириала - Теорема статистической механики.
Мессье 67 — старое рассеянное скопление в созвездии Рака.
Уиллман 1 - карликовая галактика сверхнизкой светимости.
Скопление туманности Ориона - рассеянное скопление в туманности Ориона в созвездии Ориона.
Вестерхаут 40 — область звездообразования в созвездии Змеи.

Ссылки

^ Бинни, Джеймс (2008). Галактическая динамика (2-е изд.). Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-13026-2 . OCLC 195749071 .
^ «Хаббл поймал звездный исход в действии» . Космическая газета. 18 мая 2015 г.
^ Кун, Массачусетс; и др. (2010). «Наблюдение Чандрой скрытого комплекса звездообразования W40». Астрофизический журнал . 725 (2): 2485–2506. arXiv : 1010.5434 . Бибкод : 2010ApJ...725.2485K . дои : 10.1088/0004-637X/725/2/2485 . S2CID 119192761 .
^ Макмиллан, СЛ; и др. (2007). «Динамическое происхождение ранней массовой сегрегации в молодых звездных скоплениях». Астрофизический журнал . 655 (1): L45–L49. arXiv : astro-ph/0609515 . Бибкод : 2007ApJ...655L..45M . дои : 10.1086/511763 .

Источники

Ян А. Боннелл, Мелвин Б. Дэвис (1998). «Массовая сегрегация в молодых звездных скоплениях» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 295 (3): 691–698. Бибкод : 1998MNRAS.295..691B . дои : 10.1046/j.1365-8711.1998.01372.x .

Мерритт, Дэвид (2013). Динамика и эволюция галактических ядер . Издательство Принстонского университета . ISBN 978-0-691-12101-7 . OCLC 820123438 .

Спитцер, Лайман С. (младший) (1987). Динамическая эволюция шаровых скоплений . Издательство Принстонского университета. ISBN 0-691-08309-6 .

Уайт, СДМ (апрель 1977 г.). «Массовая сегрегация и недостающая масса в скоплении Кома» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 179 (2): 33–41. Бибкод : 1977MNRAS.179...33W . дои : 10.1093/mnras/179.2.33 .

[1] Бинни, Джеймс (2008). Галактическая динамика (2-е изд.). Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-13026-2 . OCLC 195749071 .

[SpaceDaily-2015-05-18-2] «Хаббл поймал звездный исход в действии» . Космическая газета. 18 мая 2015 г.

[kuhn10-3] Кун, Массачусетс; и др. (2010). «Наблюдение Чандрой скрытого комплекса звездообразования W40». Астрофизический журнал . 725 (2): 2485–2506. arXiv : 1010.5434 . Бибкод : 2010ApJ...725.2485K . дои : 10.1088/0004-637X/725/2/2485 . S2CID 119192761 .

[mcmillan07-4] Макмиллан, СЛ; и др. (2007). «Динамическое происхождение ранней массовой сегрегации в молодых звездных скоплениях». Астрофизический журнал . 655 (1): L45–L49. arXiv : astro-ph/0609515 . Бибкод : 2007ApJ...655L..45M . дои : 10.1086/511763 .

[1]

[2]

[3]

[4]