WikiDer > Гиперкомпактная звездная система

Hypercompact stellar system

А гиперкомпактная звездная система (HCSS) является плотным скопление звезд вокруг огромная черная дыра который был выброшен из центра своего хозяина галактика. Звезды, находящиеся близко к черной дыре во время выброса, останутся связанными с черной дырой после того, как она покинет галактику, образуя HCSS.

Термин «гиперкомпактный» относится к тому факту, что HCSS имеют небольшие размеры по сравнению с обычными звездными скоплениями аналогичного размера. яркость. Это связано с тем, что гравитационная сила сверхмассивной черной дыры заставляет звезды двигаться по очень узким орбитам вокруг центра скопления.

Светящийся рентгеновский источник SDSS 1113 возле галактики Маркарян 177 будет первым кандидатом на получение HCSS. Поиск HCSS подтвердит теорию отдача гравитационной волны, и докажет, что сверхмассивные черные дыры могут существовать вне галактик.

Характеристики

Астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) могут быть выброшены из центров галактик за счет отдачи гравитационных волн. Это происходит, когда две сверхмассивные чёрные дыры в бинарной системе сливаются после потери энергии в виде гравитационные волны. Потому что гравитационные волны не излучаются изотропно, немного импульс передается объединяющимся черным дырам, и они чувствуют отдачу или "толчок" в момент объединения. Компьютерное моделирование предполагаю, что удар может быть таким большим, как ,[1]что превышает скорость убегания из центров даже самых массивных галактик.[2]

Звезды, которые вращаются вокруг сверхмассивной чёрной дыры в момент удара, будут увлекаться вместе с сверхмассивной чёрной дырой, если их орбитальная скорость превышает скорость удара. Vk. Это то, что определяет размер HCSS: его радиус примерно равен радиусу орбиты, которая имеет ту же скорость вокруг сверхмассивной чёрной дыры, что и ударная скорость, или

куда M это масса SMBH и грамм то гравитационная постоянная. Размер р получается примерно половина парсек (шт) (два световых лет) для пика 1000 км / с и массы SMBH 100 млн. солнечные массы. Самые большие HCSS будут иметь размер около 20 ПК, примерно столько же, сколько большой шаровое скопление, а наименьшее из них будет иметь размер примерно одну тысячную парсека, меньше любого известного звездного скопления.[3]

Количество звезд, которые остаются связанными с СМЧД после удара, зависит как от Vkи от того, насколько плотно звезды были сгруппированы вокруг СМЧД до удара. Ряд аргументов предполагает, что полная масса звезды будет примерно 0,1% от массы СМЧД или меньше.[3] Самые большие HCSS будут нести, возможно, несколько миллионов звезд, что сделает их сопоставимыми по светимости с шаровое скопление или же сверхкомпактная карликовая галактика.

Помимо очень компактного размера, главное отличие HCSS от обычного звездного скопления заключается в гораздо большей массе HCSS из-за сверхмассивной черной дыры в его центре. Сама сверхмассивная чёрная дыра темная и необнаруживаемая, но ее гравитация заставляет звезды двигаться с гораздо более высокими скоростями, чем в обычном звездном скоплении. Нормальные звездные скопления имеют внутреннюю скорость несколько километров в секунду, в то время как в HCSS практически все звезды движутся быстрее, чем Vk, то есть сотни или тысячи километров в секунду.

Если скорость удара меньше, чем скорость убегания из галактики сверхмассивная чёрная дыра будет падать обратно к ядру галактики, совершая много раз колебания через галактику, прежде чем окончательно остановиться.[4] В этом случае HCSS будет существовать как отдельный объект только в течение относительно короткого времени, порядка сотен миллионов лет, прежде чем снова исчезнет в ядре галактики. В это время HCSS будет трудно обнаружить, так как он будет наложен на галактику или позади нее.

Даже если HCSS сбежит из своей галактики-хозяина, он останется связанным с группа или же кластер который содержит галактику, так как скорость убегания от скопления галактик намного больше, чем от одиночной галактики. При наблюдении HCSS будет двигаться медленнее, чем Vk, так как он вылезет через гравитационный потенциальная яма галактики и / или скопления.

Звезды в HCSS будут похожи на типы звезд, наблюдаемые в ядрах галактик. Это сделало бы звезд в HCSS более богатый металлами и моложе звезд в типичном шаровом скоплении.[3]

Поиск

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 с помощью их Доплеровские сдвиги и проверка того, что они движутся намного быстрее, чем ожидалось для звезд в обычном звездном скоплении. Это сложное наблюдение, потому что HCSS будет относительно слабым, что потребует многочасового воздействия даже на 10м класс телескоп.

Наиболее многообещающие места для поиска ЖКХ: скопление галактик, по двум причинам: во-первых, большинство галактик в скоплении галактик являются эллиптические галактики которые, как полагают, сформировались через слияния. Слияние галактик является предпосылкой для образования двойной сверхмассивной чёрной дыры, что является предпосылкой для успеха. Во-вторых, скорость убегания из скопления галактик достаточно велика, чтобы HCSS сохранялась, даже если бы она покинула свою родительскую галактику.

Было подсчитано, что поблизости Fornax и Дева скопления галактик могут содержать сотни или тысячи HCSS.[3] Эти скопления галактик были исследованы на предмет наличия компактных галактик и звездных скоплений. 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 его можно было квалифицировать как HCSS.[5]

Еще одно вероятное место для поиска HCSS будет рядом с местом недавнего слияние галактик.

Время от времени черная дыра в центре HCSS будет разрушать звезду, которая проходит слишком близко, вызывая очень яркую вспышку. Несколько таких вспышек наблюдались на центры галактик, предположительно из-за того, что звезда подошла слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре в ядре галактики.[6] Было подсчитано, что из-за отдачи СМЧД разрушит около дюжины звезд за время, необходимое для побега из ее галактики.[7] Поскольку время жизни вспышки составляет несколько месяцев, шансы увидеть такое событие невелики, если не исследовать большой объем космоса. Звезда в HCSS также может взорваться как Тип I (белый Гном) сверхновая звезда.[7]

Важность

Открытие HCSS важно по нескольким причинам.

  • Это стало бы доказательством того, что сверхмассивные черные дыры могут существовать вне галактик.
  • Это подтвердит компьютерное моделирование которые предсказывают отдачу гравитационной волны до тысяч километров в секунду.
  • Существование HCSS означало бы, что некоторые галактики не имеют сверхмассивных черных дыр в их центрах. Это имело бы важные последствия для теорий, связывающих рост галактик с ростом сверхмассивных черных дыр, а также для эмпирические корреляции между массой сверхмассивной чёрной дыры и свойствами галактики.
  • Если бы можно было обнаружить много HCSS, можно было бы реконструировать распределение скорости удара, который содержит информацию об истории слияния галактик, массах и спины бинарных черных дыр и др.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Healy, J .; Herrmann, F .; Шумейкер, Д. М .; Laguna, P .; Matzner, R.A .; Матцнер, Ричард (2009), «Суперпрыжки в гиперболических встречах двоичных черных дыр», Письма с физическими проверками, 102 (4): 041101–041105, arXiv:0807.3292, Bibcode:2009PhRvL.102d1101H, Дои:10.1103 / PhysRevLett.102.041101, PMID 19257409
  2. ^ Мерритт, Д.; Милосавлевич, М .; Favata, M .; Hughes, S.A .; Хольц, Д. Э. (2004), "Последствия отдачи гравитационного излучения", Астрофизический журнал, 607 (1): L9 – L12, arXiv:astro-ph / 0402057, Bibcode:2004ApJ ... 607L ... 9M, Дои:10.1086/421551
  3. ^ а б c d Мерритт, Д.; Schnittman, J.D .; Комосса, С. (2009), "Гиперкомпактные звездные системы вокруг сверхмассивных черных дыр с отдачей", Астрофизический журнал, 699 (2): 1690–1710, arXiv:0809.5046, Bibcode:2009ApJ ... 699.1690M, Дои:10.1088 / 0004-637X / 699/2/1690
  4. ^ Gualandris, A .; Мерритт, Д. (2008), «Выброс сверхмассивных черных дыр из ядер галактик», Астрофизический журнал, 678 (2): 780–796, arXiv:0708.0771, Bibcode:2008ApJ ... 678..780G, Дои:10.1086/586877
  5. ^ Mieske, S .; Hilker, M .; Jordán, A .; Infante, L .; Кисслер-Патиг, М .; Рейкуба, М .; Richtler, T .; Côté, P .; и другие. (2008), «Природа UCD: внутренняя динамика из расширенной выборки и однородной базы данных», Астрономия и астрофизика, 487 (3): 921–935, arXiv:0806.0374, Bibcode:2008A & A ... 487..921M, Дои:10.1051/0004-6361:200810077
  6. ^ Комосса, С. (2004), «Крайние пределы (рентгеновской) изменчивости среди галактик: вспышки от звезд, нарушенных приливными волнами из-за сверхмассивных черных дыр», Труды Международного астрономического союза, 2004: 45–48, Дои:10.1017 / S1743921304001425
  7. ^ а б Комосса, С .; Мерритт, Д. (2009), «Вспышки приливных срывов от откатывающихся сверхмассивных черных дыр», Астрофизический журнал, 683 (1): L21 – L24, arXiv:0807.0223, Bibcode:2008ApJ ... 683L..21K, Дои:10.1086/591420

внешняя ссылка