Массовая сегрегация (астрономия) - Википедия - Mass segregation (astronomy)

Много шаровые скопления, например, кластер возрастом 13 млрд лет. M30 (на фото), массово сегрегированы.

В астрономия, динамическая массовая сегрегация это процесс, с помощью которого более тяжелые элементы гравитационно связанной системы, такие как звездное скопление или же скопление галактик, имеют тенденцию двигаться к центру, в то время как более легкие элементы имеют тенденцию двигаться дальше от центра.

Равное распределение кинетической энергии

Во время близкого столкновения двух членов кластера участники обмениваются обоими энергия и импульс. Хотя обмен энергией может происходить в любом направлении, существует статистическая тенденция для кинетическая энергия из двух участников, чтобы уравнять во время встречи; это статистическое явление называется равнораспределение, и аналогично тому, что ожидаемая кинетическая энергия молекул газа одинакова при данной температуре.

Поскольку кинетическая энергия пропорциональна массе, умноженной на квадрат скорости, равнораспределение требует, чтобы менее массивные члены кластера двигались быстрее. Таким образом, более массивные члены будут склонны опускаться на более низкие орбиты (то есть орбиты ближе к центру скопления), в то время как менее массивные члены будут иметь тенденцию подниматься на более высокие орбиты.

Время, необходимое для примерно выравнивания кинетической энергии членов кластера, называется временем время отдыха кластера. Шкала времени релаксации, предполагающая, что обмен энергией осуществляется посредством взаимодействия двух тел, была аппроксимирована в учебнике Бинни и Тремейном как

${ displaystyle t _ { mathrm {relax}} = { frac {N} {8 ln N}} times t _ { mathrm {cross}} ,}$

куда ${ displaystyle N}$ количество звезд в скоплении и ${ displaystyle t _ { mathrm {cross}}}$ - типичное время, за которое звезда пересекает скопление. Это порядка 100 миллионов лет для типичного шаровое скопление с радиусом 10 парсек состоящий из 100 тысяч звезд. Самые массивные звезды в скоплении могут отделяться быстрее, чем менее массивные. Эту шкалу времени можно приблизительно оценить с помощью игрушечной модели, разработанной Лайман Спитцер скопления, в котором звезды имеют только две возможные массы (${ displaystyle m_ {1}}$ и ${ displaystyle m_ {2}}$). В этом случае более массивные звезды (масса ${ displaystyle m_ {1}}$) будет сегрегировать со временем

${ displaystyle t _ { mathrm {m_ {1}}} = { frac {m_ {2}} {m_ {1}}} times t _ { mathrm {relax}} .}$

Внешняя сегрегация белые карлики наблюдалось в шаровом скоплении 47 Тукан в HST изучение региона.^[1]

Изначальная массовая сегрегация

Иногда наблюдается массовая сегрегация скоплений в области звездообразования подобно W40 (на фото).^[2]

Изначальная массовая сегрегация - неравномерное распределение масс, присутствующих при образовании кластера. Аргумент, что звездное скопление изначально сегрегировано по массе, обычно основывается на сравнении вириализация временные рамки и возраст кластера. Однако было исследовано несколько динамических механизмов ускорения вириализации по сравнению с взаимодействиями двух тел.^[3] В областях звездообразования часто наблюдается, что Звезды О-типа предпочтительно расположены в центре молодого скопления.

Испарение

После релаксации скорость некоторых членов с малой массой может быть больше, чем скорость скорость убегания кластера, в результате чего эти члены теряются для кластера. Этот процесс называется испарение. (Подобное явление объясняет потерю более легких газов с планеты, таких как водород и гелий с Земли - после равнораспределения некоторые молекулы достаточно легких газов в верхней части атмосферы превысят скорость убегания планеты и будут потеряны. )

За счет испарения большинство открытые кластеры в конечном итоге рассеиваются, о чем свидетельствует тот факт, что большинство существующих рассеянных скоплений довольно молоды. Шаровые скопления, будучи более плотно связанными, оказываются более прочными.

В галактике

Время релаксации Млечный Путь Галактика составляет приблизительно 10 триллионов лет, что в тысячу раз больше возраста самой галактики. Таким образом, любая наблюдаемая массовая сегрегация в нашей галактике должна быть почти полностью изначальной.

Смотрите также

• проблема н-тела - Задача прогнозирования отдельных движений группы небесных объектов, взаимодействующих друг с другом гравитационно.
• Теорема вириала - Теорема статистической механики
• Мессье 67
• Willman 1
• Скопление туманности Ориона
• Вестерхаут 40

Рекомендации

Источники

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

• Мерритт, Дэвид (2013). Динамика и эволюция ядер галактик.. Princeton University Press. 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, С. Д. М. (апрель 1977 г.). «Массовая сегрегация и недостающая масса в кластере Кома». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 179 (2): 33–41. Bibcode:1977МНРАС.179 ... 33Вт. Дои:10.1093 / mnras / 179.2.33.