Segregación masiva (astronomía)

La segregación de masa dinámica es el proceso por el cual los componentes más pesados de un sistema ligado gravitacionalmente, como un cúmulo estelar o un cúmulo de galaxias , se acumulan en la región central del sistema, mientras que los más livianos se alejan del centro.

La equipartición de la energía cinética

En el proceso de acercamiento cercano de dos miembros del grupo, la energía y el impulso se redistribuyen. Como regla general, durante tal enfoque, la energía cinética de ambos componentes toma valores iguales: se produce una equipartición de energía, similar a la que conduce al mismo valor esperado de la energía cinética de las moléculas a una temperatura dada.

Dado que la energía cinética es proporcional al producto de la masa por el cuadrado de la velocidad, la equipartición implica que los objetos menos masivos del cúmulo se moverán más rápido. Los objetos más masivos se mueven gradualmente a órbitas más bajas (órbitas cercanas al centro del cúmulo) y los objetos ligeros se mueven a órbitas altas.

El tiempo durante el cual las energías cinéticas de los miembros del grupo se vuelven aproximadamente iguales se denomina tiempo de relajación del grupo . La escala de tiempo de relajación del sistema bajo el supuesto de intercambio de energía durante los encuentros por pares se puede expresar aproximadamente como

t_{\mathrm {relajarse} }={\frac {N}{8\ln N}}\times t_{\mathrm {cruzar} }\ ,

donde es el número de objetos en el grupo, es el tiempo típico que tarda un objeto en cruzar el grupo. Para un cúmulo globular de 10 pc de radio , formado por 100 mil estrellas, el tiempo de relajación será de unos 100 millones de años. Las estrellas más masivas completarán la etapa de segregación (se moverán a la región central) más rápido de lo que tendrá lugar la redistribución de las estrellas ligeras. La proporción de escalas de tiempo para estrellas de diferentes masas se puede ilustrar con el ejemplo de un modelo de cúmulo simplificado desarrollado por L. Spitzer , que contiene solo estrellas de dos tipos de masa ( y ). Las estrellas más masivas (que tienen masa ) completarán la segregación a tiempo $norte$ $t_{\mathrm {cruzar} }$ $m_1$ $m_2$ $m_1$

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

Al estudiar el cúmulo globular 47 Tucanae con el telescopio Hubble , se descubrió una segregación de enanas blancas . [una]

Segregación masiva inicial

La segregación de masa inicial representa una distribución heterogénea de masa durante la etapa de formación del racimo. Las conclusiones sobre la presencia de segregación inicial de masas se basan en una comparación del tiempo de virialización y la edad del racimo. También se estudian varios mecanismos dinámicos que aceleran la virialización en comparación con las interacciones de pares de objetos [3] En las regiones de formación estelar, las estrellas de tipo espectral O a menudo se ubican en la región central de un cúmulo joven.

Evaporación

Después de la relajación, la velocidad de algunos objetos ligeros puede exceder la velocidad de escape del cúmulo dado, como resultado tales objetos superan la atracción del cúmulo y se alejan de él. Este fenómeno se llama evaporación. Un fenómeno similar explica la pérdida de gas ligero por la atmósfera de los planetas: después de la igualación de energía, las moléculas del gas más ligero, situadas en las capas superiores de la atmósfera, pueden ganar velocidad suficiente para vencer la atracción del planeta.

Muchos cúmulos abiertos se disipan gradualmente durante la evaporación. Los cúmulos globulares, al estar más unidos gravitacionalmente, son menos propensos a tal disipación.

Véase también

Notas

↑ Hubble Catches Stellar Exodus in Action , Space Daily (18 de mayo de 2015). Archivado desde el original el 18 de agosto de 2016. Consultado el 23 de octubre de 2016.
↑ Kuhn, MA et al. Una observación de Chandra del complejo de formación de estrellas oscurecido W40 // The Astrophysical Journal : diario. - Ediciones IOP , 2010. - Vol. 725 , núm. 2 . - P. 2485-2506 . -doi : 10.1088 / 0004-637X/725/2/2485 . - . -arXiv : 1010.5434 . _
↑ McMillan, S. L. et al. Un origen dinámico para la segregación masiva temprana en cúmulos estelares jóvenes (inglés) // The Astrophysical Journal : journal. - Ediciones IOP , 2007. - Vol. 655 , núm. 1 . -P.L45 - L49 . -doi : 10.1086 / 511763 . - . -arXiv : astro - ph/0609515 .

Fuentes

Ian A. Bonnell, Melvyn B. Davies. Segregación masiva en cúmulos estelares jóvenes (inglés) // Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . - Prensa de la Universidad de Oxford , 1998. - Vol. 295 , núm. 3 . - P. 691-698 . -doi : 10.1046/ j.1365-8711.1998.01372.x . - .

Merritt, David Dinámica y Evolución de los Núcleos Galácticos (Inglés) . — Prensa de la Universidad de Princeton , 2013. — ISBN 978-0-691-12101-7 .

Spitzer, Lyman S. (Jr.). Evolución dinámica de los cúmulos globulares . - Prensa de la Universidad de Princeton , 1987. - ISBN 0-691-08309-6 .

White, SDM Segregación de masa y masa faltante en el cúmulo de Coma // Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society : revista . - Oxford University Press , 1977. - Abril ( vol. 179 ). - P. 33-41 . -doi : 10.1093 / mnras/179.2.33 . - .