Masová segregace (astronomie)

Dynamická segregace hmoty je proces, při kterém se těžší složky gravitačně vázaného systému, jako je hvězdokupa nebo kupa galaxií , hromadí v centrální oblasti systému, zatímco lehčí se vzdalují od středu.

Ekvipartice kinetické energie

V procesu těsného přiblížení dvou členů shluku dochází k přerozdělení energie a hybnosti. Zpravidla při takovém přístupu nabývá kinetická energie obou složek stejných hodnot - dochází k ekvipartici energie, podobné té, která vede ke stejné očekávané hodnotě kinetické energie molekul při dané teplotě.

Protože kinetická energie je úměrná součinu hmotnosti krát čtverec rychlosti, ekvipartice znamená, že méně hmotné objekty v kupě se budou pohybovat rychleji. Masivnější objekty se postupně přesouvají na nižší dráhy (oběžné dráhy blízko středu kupy) a lehké objekty na vysoké dráhy.

Doba, během níž se kinetické energie členů shluku přibližně vyrovnají, se nazývá relaxační doba shluku . Časové měřítko relaxace systému za předpokladu výměny energie při párových setkáních lze přibližně vyjádřit jako

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

kde je počet objektů ve shluku, je typický čas, za který objekt projde shlukem. U kulové hvězdokupy o poloměru 10 ks , sestávající ze 100 tisíc hvězd, bude doba relaxace asi 100 milionů let. Hmotnější hvězdy dokončí fázi segregace (přesunou se do centrální oblasti) rychleji, než dojde k redistribuci lehkých hvězd. Poměr časových měřítek pro hvězdy různých hmotností lze ilustrovat na příkladu zjednodušeného modelu hvězdokupy vyvinutého L. Spitzerem , který obsahuje pouze hvězdy dvou typů hmotnosti ( a ). Hmotnější hvězdy (mající hmotnost ) dokončí segregaci v čase $N$ $t_{\mathrm {cross} }$ $m_1$ $m_2$ $m_1$

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

Při studiu kulové hvězdokupy 47 Tucanae pomocí Hubbleova teleskopu byla objevena segregace bílých trpaslíků . [jeden]

Počáteční hromadná segregace

Počáteční segregace hmoty představuje nehomogenní rozložení hmoty během fáze tvorby shluku. Závěry o přítomnosti počáteční segregace hmot jsou založeny na srovnání doby virializace a stáří klastru. Studována je také řada dynamických mechanismů, které urychlují virializaci ve srovnání s párovými interakcemi objektů [3] .V hvězdotvorných oblastech se hvězdy spektrálního typu O často nacházejí v centrální oblasti mladé hvězdokupy.

Odpařování

Po relaxaci může rychlost některých světelných objektů překročit únikovou rychlost dané kupy, v důsledku čehož takové předměty překonávají přitažlivost kupy a vzdalují se od ní. Tento jev se nazývá vypařování. Podobný jev vysvětluje úbytek světelného plynu atmosférou planet: po vyrovnání energie mohou molekuly nejlehčího plynu, nacházející se v horních vrstvách atmosféry, získat rychlost dostatečnou k překonání přitažlivosti planety.

Mnoho otevřených hvězdokup se během vypařování postupně rozptýlí. Kulové hvězdokupy, které jsou gravitačně těsněji vázány, jsou k takovému rozptylu méně náchylné.

Viz také

Poznámky

↑ Hubble zachytil Stellar Exodus v akci , Space Daily (18. května 2015). Archivováno z originálu 18. srpna 2016. Staženo 23. října 2016.
↑ Kuhn, M. A. et al. A Chandra Observation of the Obscured Star-forming Complex W40 // The Astrophysical Journal : journal. - IOP Publishing , 2010. - Sv. 725 , č.p. 2 . - S. 2485-2506 . - doi : 10.1088/0004-637X/725/2/2485 . - . - arXiv : 1010.5434 .
↑ McMillan, S. L. a kol. A Dynamical Origin for Early Mass Segregation in Young Star Clusters (anglicky) // The Astrophysical Journal : journal. - IOP Publishing , 2007. - Sv. 655 , č.p. 1 . -P.L45 - L49 . - doi : 10.1086/511763 . - . - arXiv : astro-ph/0609515 .

Zdroje

Ian A. Bonnell, Melvyn B. Davies. Masová segregace v mladých hvězdokupách (anglicky) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . - Oxford University Press , 1998. - Sv. 295 , č.p. 3 . - str. 691-698 . - doi : 10.1046/j.1365-8711.1998.01372.x . - .

Merritte, Davide Dynamika a evoluce galaktických jader (anglicky) . — Princeton University Press , 2013. — ISBN 978-0-691-12101-7 .

Spitzer, Lyman S. (Jr.). Dynamický vývoj kulových hvězdokup . - Princeton University Press , 1987. - ISBN 0-691-08309-6 .

White, SDM Segregace hmoty a chybějící hmota v clusteru Coma // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal . - Oxford University Press , 1977. - Duben ( sv. 179 ). - str. 33-41 . - doi : 10.1093/mnras/179.2.33 . - .