Сверхкомпактная звездная система
Сверхкомпактная звездная система ( HCSS ) представляет собой плотное скопление звезд вокруг сверхмассивной черной дыры , выброшенной из центра родительской галактики . Звезды, находящиеся близко к черной дыре в момент выброса, останутся связанными с черной дырой после того, как она покинет галактику, образуя HCSS.
Термин «сверхкомпактный» относится к тому факту, что HCSS малы по размеру по сравнению с обычными звездными скоплениями аналогичной светимости . Это связано с тем, что гравитационная сила сверхмассивной черной дыры заставляет звезды двигаться по очень узким орбитам вокруг центра скопления.
Яркий источник рентгеновского излучения SDSS 1113 вблизи галактики Маркарян 177 мог бы стать первым кандидатом на роль HCSS. Обнаружение HCSS подтвердило бы теорию отдачи гравитационных волн и доказало бы, что сверхмассивные черные дыры могут существовать за пределами галактик.
Характеристики
[ редактировать ]Астрономы полагают, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) могут быть выброшены из центров галактик в результате отдачи гравитационных волн. Это происходит, когда две СМЧД в двойной системе сливаются после потери энергии в виде гравитационных волн . Поскольку гравитационные волны не излучаются изотропно , некоторый импульс сливающимся черным дырам передается , и в момент слияния они ощущают отдачу или «толчок». Компьютерное моделирование показывает, что удар может достигать 10 5 км/с, [1] которая превышает скорость убегания из центров даже самых массивных галактик. [2]
Звезды, обращающиеся вокруг СМЧД в момент удара, будут утягиваться вместе с СМЧД, если их орбитальная скорость превышает скорость удара V k . Именно это определяет размер HCSS: его радиус примерно равен радиусу орбиты, которая имеет ту же скорость вокруг СМЧД, что и ударная скорость, или
где M — масса СМЧД, а G — гравитационная постоянная . Размер R составляет примерно половину парсека (пк) (два световых года ) при скорости 1000 км/с и массе СМЧД 100 миллионов солнечных масс . Самые крупные HCSS будут иметь размеры около 20 пк, примерно такие же, как большое шаровое скопление , а самые маленькие будут иметь диаметр около тысячной парсека, что меньше, чем любое известное звездное скопление. [3]
Число звезд, остающихся связанными с СМЧД после удара, зависит как от V k , так и от того, насколько плотно звезды были скоплены вокруг СМЧД до удара. Ряд аргументов предполагает, что общая звездная масса будет составлять примерно 0,1% массы СМЧД или меньше. [3] Самые большие HCSS будут нести, возможно, несколько миллионов звезд, что сделает их сравнимыми по светимости с шаровым скоплением или ультракомпактной карликовой галактикой .
Помимо очень компактности, основным отличием HCSS от обычного звездного скопления является гораздо большая масса HCSS из-за СМЧД в его центре. Сама СМЧД темна и необнаружима, но ее гравитация заставляет звезды двигаться с гораздо более высокими скоростями, чем в обычном звездном скоплении. Обычные звездные скопления имеют внутренние скорости в несколько километров в секунду, тогда как в HCSS практически все звезды движутся быстрее, чем V k , т.е. сотни или тысячи километров в секунду.
Если ударная скорость меньше скорости убегания из галактики, СМЧД будет падать обратно к ядру галактики, много раз совершая колебания через галактику, прежде чем, наконец, остановиться. [4] В этом случае HCSS будет существовать как отдельный объект лишь в течение относительно короткого времени, порядка сотен миллионов лет, прежде чем исчезнуть обратно в ядро галактики. В это время HCSS будет трудно обнаружить, поскольку он будет наложен на галактику или позади нее.
Даже если HCSS ускользнет от своей родительской галактики, она останется связанной с группой или скоплением , содержащим галактику, поскольку скорость ухода из скопления галактик намного больше, чем скорость из одной галактики. При наблюдении HCSS будет двигаться медленнее, чем V k , поскольку он выйдет через гравитационную потенциальную яму галактики и/или скопления.
Звезды в HCSS будут похожи на те типы звезд, которые наблюдаются в ядрах галактик. Это сделало бы звезды в HCSS более богатыми металлами и более молодыми, чем звезды в типичном шаровом скоплении. [3]
Поиск
[ редактировать ]Поскольку черная дыра в центре HCSS практически невидима, HCSS будет очень похож на слабое скопление звезд. Чтобы определить, что наблюдаемое звездное скопление является HCSS, необходимо измерить орбитальные скорости звезд в скоплении через их доплеровские сдвиги и убедиться, что они движутся намного быстрее, чем ожидалось для звезд в обычном звездном скоплении. Это сложное наблюдение, потому что HCSS будет относительно слабым и потребует многочасовой экспозиции даже на телескопе 10-метрового класса .
Наиболее перспективными местами для поиска HCSS являются скопления галактик по двум причинам: во-первых, большинство галактик в скоплении галактик представляют собой эллиптические галактики , которые, как полагают, образовались в результате слияний . Слияние галактик является предпосылкой для образования двойной СМЧД, что является предпосылкой для удара. Во-вторых, скорость выхода из скопления галактик достаточно велика, чтобы HCSS сохранялся, даже если бы он покинул родительскую галактику.
Было подсчитано, что близлежащие скопления галактик Печи и Девы могут содержать сотни или тысячи HCSS. [3] Эти скопления галактик были исследованы на предмет компактных галактик и звездных скоплений. Вполне возможно, что некоторые из объектов, обнаруженных в этих обзорах, были HCSS, которые были ошибочно идентифицированы как обычные звездные скопления. Известно, что некоторые из компактных объектов в обзорах имеют довольно высокие внутренние скорости, но ни один из них не кажется достаточно массивным, чтобы квалифицироваться как HCSS. [5]
Другое вероятное место для обнаружения HCSS — недалеко от места недавнего слияния галактик .
Время от времени черная дыра в центре HCSS разрушает звезду, которая проходит слишком близко, вызывая очень яркую вспышку. Несколько таких вспышек наблюдались в центрах галактик, предположительно вызванных тем, что звезда подошла слишком близко к СМЧД в ядре галактики. [6] Подсчитано, что отступающая СМЧД разрушит около дюжины звезд за время, необходимое для того, чтобы покинуть свою галактику. [7] Поскольку время жизни вспышки составляет несколько месяцев, шансы увидеть такое событие невелики, если не обследовать большой объем космоса. Звезда в HCSS также может взорваться как типа I ( белый карлик ) сверхновая . [7]
Важность
[ редактировать ]Открытие HCSS было бы важно по нескольким причинам.
- Это стало бы доказательством того, что сверхмассивные черные дыры могут существовать за пределами галактик.
- Это позволит проверить компьютерное моделирование , предсказывающее отдачу гравитационных волн со скоростью тысячи километров в секунду.
- Существование HCSS означало бы, что некоторые галактики не имеют сверхмассивных черных дыр в своих центрах. Это будет иметь важные последствия для теорий, связывающих рост галактик с ростом сверхмассивных черных дыр, а также для эмпирических корреляций между массой СМЧД и свойствами галактик.
- Если бы удалось обнаружить множество HCSS, можно было бы восстановить распределение ударных скоростей, содержащее информацию об истории слияния галактик, массах и вращениях двойных черных дыр и т. д.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хили, Дж.; Херрманн, Ф.; Шумейкер, DM ; Лагуна, П.; Мацнер, РА; Мацнер, Ричард (2009), «Суперкики в гиперболических встречах бинарных черных дыр», Physical Review Letters , 102 (4): 041101–041105, arXiv : 0807.3292 , Bibcode : 2009PhRvL.102d1101H , doi : 10.1103/PhysRev Летт.102.041101 , ПМИД 19257409 , S2CID 9897187
- ^ Мерритт, Д .; Милосавлевич, М.; Фавата, М.; Хьюз, ЮАР; Хольц, DE (2004), «Последствия отдачи гравитационного излучения», The Astrophysical Journal , 607 (1): L9–L12, arXiv : astro-ph/0402057 , Bibcode : 2004ApJ...607L...9M , doi : 10.1086/421551 , S2CID 15404149
- ^ Перейти обратно: а б с д Мерритт, Д .; Шнитман, доктор медицинских наук; Комосса, С. (2009), «Гиперкомпактные звездные системы вокруг отталкивающихся сверхмассивных черных дыр», The Astrophysical Journal , 699 (2): 1690–1710, arXiv : 0809.5046 , Bibcode : 2009ApJ...699.1690M , doi : 10.1088/0004 -637X/699/2/1690 , S2CID 17260029
- ^ Гуаландрис, А.; Мерритт, Д. (2008), «Выброс сверхмассивных черных дыр из ядер галактик», The Astrophysical Journal , 678 (2): 780–796, arXiv : 0708.0771 , Bibcode : 2008ApJ...678..780G , doi : 10.1086 /586877 , S2CID 14314439
- ^ Миске, С.; Хилкер, М.; Джордан, А.; Инфанте, Л.; Кисслер-Патиг, М.; Рейкуба, М.; Рихтлер, Т.; Коте, П.; и др. (2008), «Природа UCD: внутренняя динамика на основе расширенной выборки и однородной базы данных», Astronomy and Astrophysicals , 487 (3): 921–935, arXiv : 0806.0374 , Bibcode : 2008A&A...487..921M , doi : 10.1051/0004-6361:200810077 , S2CID 10979137
- ^ Комосса, С. (2004), «Крайние (рентгеновские) изменчивости среди галактик: вспышки звезд, приливно разрушенные сверхмассивными черными дырами», Труды Международного астрономического союза , 2004 : 45–48, Bibcode : 2004IAUS.. 222...45К , doi : 10.1017/S1743921304001425
- ^ Перейти обратно: а б Комосса, С.; Мерритт, Д. (2009), «Вспышки приливного разрушения от отталкивающихся сверхмассивных черных дыр», The Astrophysical Journal , 683 (1): L21–L24, arXiv : 0807.0223 , Bibcode : 2008ApJ...683L..21K , doi : 10.1086 /591420 , S2CID 42183413
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Искалеченные звезды могут выявить выброшенные черные дыры. Новая статья ученых о вспышках приливных разрушений, вызванных отталкивающимися черными дырами.
