Masová segregace (astronomie) - Mass segregation (astronomy) - Wikipedia

Mnoho kulové hvězdokupy, jako je 13-Gyr starý shluk M30 (na obrázku), jsou hromadně odděleny.

v astronomie, dynamická hmotnostní segregace je proces, kterým těžší členové gravitačně vázaného systému, jako je a hvězdokupa nebo shluk galaxií, mají tendenci se pohybovat směrem ke středu, zatímco lehčí členové mají tendenci se pohybovat dále od středu.

Rovnováha kinetické energie

Během blízkého setkání dvou členů klastru si členové vymění oba energie a hybnost. I když lze energii vyměňovat v obou směrech, existuje statistická tendence k Kinetická energie ze dvou členů vyrovnat během setkání; tento statistický jev se nazývá vybavit oddíl, a je podobný skutečnosti, že očekávaná kinetická energie molekul plynu je při dané teplotě stejná.

Vzhledem k tomu, že kinetická energie je úměrná hmotnostnímu násobku druhé mocniny rychlosti, ekvipartice vyžaduje, aby se méně hmotné členy kupy pohybovaly rychleji. Masivnější členy tak budou mít tendenci klesat na nižší oběžné dráhy (tj. Oběžné dráhy blíže ke středu kupy), zatímco méně hmotné členy budou mít tendenci stoupat na vyšší oběžné dráhy.

Čas potřebný k zhruba vyrovnání kinetických energií členů klastru se nazývá čas na odpočinek klastru. Relaxační časová stupnice za předpokladu, že se energie vymění prostřednictvím interakcí dvou těl, byla v učebnici aproximována Binney & Tremaine jako

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

kde ${ displaystyle N}$ je počet hvězd v kupě a ${ displaystyle t _ { mathrm {kříž}}}$ je typický čas, který trvá, než hvězda přeletí kupu. Typicky je to řádově 100 milionů let kulová hvězdokupa s poloměrem 10 parsecs skládající se ze 100 tisíc hvězd. Nejhmotnější hvězdy v kupě se mohou segregovat rychleji než méně hmotné hvězdy. Tuto časovou stupnici lze aproximovat pomocí modelu hračky vyvinutého společností Lyman Spitzer hvězdokupy, kde hvězdy mají jen dvě možné hmotnosti (${ displaystyle m_ {1}}$ a ${ displaystyle m_ {2}}$). V tomto případě jsou hmotnější hvězdy (hmota ${ displaystyle m_ {1}}$) se časem oddělí

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

Vnější segregace bílí trpaslíci byl pozorován v kulové hvězdokupě 47 Tucanae v HST studie regionu.^[1]

Prvotní masová segregace

Masová segregace je občas vidět v klastrech v oblasti tvořící hvězdy jako W40 (na obrázku).^[2]

Prvotní masová segregace je nejednotné rozdělení hmot přítomných při vzniku kupy. Argument, že hvězdokupa je prvotně hmotně segregovaná, je obvykle založen na srovnání virializace časové osy a věk klastru. Bylo však zkoumáno několik dynamických mechanismů k urychlení virializace ve srovnání s interakcemi dvou těl.^[3] V oblastech vytvářejících hvězdy se to často pozoruje Hvězdy typu O. jsou přednostně umístěny ve středu mladého klastru.

Vypařování

Po relaxaci může být rychlost některých členů s nízkou hmotností větší než rychlost úniková rychlost klastru, což má za následek ztrátu těchto členů v klastru. Tento proces se nazývá vypařování. (Podobný jev vysvětluje ztrátu lehčích plynů z planety, jako je vodík a hélium ze Země - po ekvipartici překročí některé molekuly dostatečně lehkých plynů v horní části atmosféry únikovou rychlost planety a budou ztraceny. )

Většinou odpařováním otevřené shluky nakonec se rozptýlí, což naznačuje skutečnost, že většina existujících otevřených klastrů je docela mladá. Kulové hvězdokupy, protože jsou pevněji svázány, se zdají být odolnější.

V galaxii

Relaxační čas mléčná dráha galaxie je přibližně 10 bilionů let, řádově tisíckrát vyšší než věk samotné galaxie. Jakákoli pozorovaná masová segregace v naší galaxii tedy musí být téměř úplně prvotní.

Viz také

• n-tělo problém - Problém predikce jednotlivých pohybů skupiny nebeských objektů, které na sebe gravitačně působí
• Virová věta - Věta statistické mechaniky
• Messier 67
• Willman 1
• Klastr mlhoviny v Orionu
• Westerhout 40

Reference

Zdroje

• Ian A. Bonnell, Melvyn B. Davies (1998). „Masová segregace v mladých hvězdných klastrech“. Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. 295 (3): 691–698. Bibcode:1998MNRAS.295..691B. doi:10.1046 / j.1365-8711.1998.01372.x.

• Merritt, David (2013). Dynamika a vývoj galaktických jader. Princeton University Press. ISBN  978-0-691-12101-7. OCLC  820123438.

• Spitzer, Lyman S. (ml.) (1987). Dynamická evoluce kulových hvězdokup. Princeton University Press. ISBN  0-691-08309-6.

• White, S. D. M. (duben 1977). "Hromadná segregace a chybějící hmota v kupě komatu". Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. 179 (2): 33–41. Bibcode:1977MNRAS.179 ... 33W. doi:10.1093 / mnras / 179.2.33.