Sistem stelar hipercompact

Un sistem stelar hipercompact ( HCSS )  este un grup de stele dens în jurul unei găuri negre supermasive (SMBH) ejectat din centrul unei galaxii . Stelele care sunt aproape de gaura neagră în timpul ejectării acesteia din galaxie continuă să rămână gravitațional legate de gaura neagră, formând un sistem stelar hipercompact.

Termenul „hipercompact” înseamnă că astfel de sisteme sunt de dimensiuni mici în comparație cu grupurile de stele obișnuite de aceeași luminozitate, deoarece gravitația găurii negre supermasive obligă stelele să se miște pe orbite foarte apropiate în jurul centrului clusterului.

Primul candidat pentru un sistem stelar hipercompact este sursa strălucitoare de raze X SDSS 1113 din apropierea galaxiei Markarian 177 . Descoperirea unor astfel de sisteme va confirma posibilitatea existenței unor găuri negre supermasive în afara galaxiilor.

Proprietăți

Astronomii cred că găurile negre supermasive pot fi ejectate din centrul galaxiilor datorită influenței undelor gravitaționale: atunci când două găuri negre supermasive se contopesc, energia se pierde atunci când sunt emise unde gravitaționale; Deoarece emisia undelor gravitaționale nu este izotropă, un anumit impuls este transferat găurilor negre îmbinate. Modelarea computerizată a confirmat că, ca urmare a acestui proces, SMBH-urile pot dobândi viteze de până la 10 5  km/s, [1] care depășește viteza de evacuare din centrul chiar și a celor mai masive galaxii. [2]

Stelele care se rotesc în jurul SMBH în momentul în care acesta dobândește un impuls vor experimenta și o creștere a vitezei, în timp ce viteza lor orbitală va depăși viteza V k corespunzătoare impulsului . Mărimea clusterului este definită după cum urmează: raza corespunde razei orbitei în care viteza este egală cu viteza V k ,

unde M este masa găurii negre, G este constanta gravitațională. Raza R este de aproximativ o jumătate de parsec pentru V k aproximativ 1000 km/s și o masă SMBH de 100 de milioane de mase solare . Cele mai mari sisteme hipercompacte ar trebui să aibă dimensiuni de aproximativ 20 buc; clusterele globulare mari au aproximativ aceeași dimensiune ; cea mai mică ar trebui să aibă o dimensiune de aproximativ o miime de parsec, vizibil mai mică decât orice grup obișnuit de stele. [3]

Numărul de stele care rămân asociate cu SMBH după ce acesta capătă impuls depinde atât de Vk , cât și de cât de dens au fost localizate stelele în raport cu SMBH. Există o serie de argumente în favoarea afirmației că masa stelară totală ar trebui să fie de aproximativ 0,1% din masa SMBH sau mai puțin. [3] Cele mai mari sisteme hipercompacte pot conține câteva milioane de stele, în timp ce din punct de vedere al luminozității astfel de sisteme vor fi comparabile cu clusterele globulare sau cu galaxiile pitice ultracompacte .

Pe lângă compactitatea sa specială, principala diferență dintre un sistem hipercompact și un cluster stelar obișnuit este o masă semnificativ mai mare datorită prezenței unui SMBH în centru. SMBH în sine este întunecat și inaccesibil pentru detectare, dar influența sa gravitațională duce la faptul că stelele se mișcă cu viteze mult mai mari în comparație cu stelele din grupuri obișnuite: sute și mii de km/s în loc de câțiva km/s.

Dacă viteza de evacuare a fost mai mică decât viteza de evacuare în galaxie, atunci SMBH se va întoarce din nou în regiunea centrală a galaxiei, astfel de oscilații se vor repeta de multe ori. [4] În acest caz, sistemul stelar hipercompact va exista ca obiect separat pentru un timp relativ scurt, câteva sute de milioane de ani.

Chiar dacă sistemul se retrage din galaxie, acesta va rămâne asociat cu un grup sau un grup de galaxii , deoarece viteza de evacuare dintr-un grup de galaxii este mult mai rapidă decât dintr-o singură galaxie. Când este observat, un sistem hipercompact se va mișca cu o viteză mai mică de V k datorită depășirii influenței gravitaționale a galaxiei și/sau a grupului de galaxii.

Stelele dintr-un sistem stelar hipercompact vor fi similare ca tip cu stelele din nucleele galaxiilor. Astfel, stelele din sistemele hipercompacte sunt mai bogate în metale și mai tinere decât stelele dintr-un cluster globular tipic. [3]

Caută

Deoarece gaura neagră din centrul unui sistem hipercompact este inerent invizibilă, sistemul va arăta ca un grup slab de stele. Determinarea dacă un cluster este un sistem hipercompact necesită măsurarea vitezelor orbitale ale stelelor din cluster folosind efectul Doppler și demonstrarea faptului că stelele se mișcă mai repede decât stelele din clustere obișnuite. Aceste observații sunt provocatoare, deoarece sistemele hipercompacte trebuie să fie slabe, necesitând expuneri lungi chiar și pentru telescoapele de 10 metri.

Cu cea mai mare probabilitate, astfel de sisteme pot fi găsite în grupuri de galaxii, deoarece, în primul rând, majoritatea galaxiilor din cluster sunt eliptice, probabil s-au format în timpul fuziunii galaxiilor . Fuziunea galaxiilor permite formarea unui SMBH dublu. În al doilea rând, viteza de evacuare dintr-un grup de galaxii este suficient de rapidă pentru a menține un sistem hipercompact în interiorul clusterului, chiar dacă a depășit gravitația galaxiei sale.

Se estimează că grupurile din apropiere de galaxii Furnace și Fecioară pot conține sute sau mii de astfel de sisteme. [3] Astfel de grupuri de galaxii au fost investigate pentru prezența galaxiilor compacte și a grupurilor de stele. Este posibil ca unele dintre obiectele identificate în sondaje să fie sisteme hipercompacte. Unele dintre obiectele compacte au viteze interne mari, dar totuși masele obiectelor sunt insuficiente pentru a le clasifica ca sisteme hipercompacte. [5]

O altă locație posibilă pentru descoperirea sistemelor hipercompacte sunt regiunile din apropierea rămășițelor unei fuziuni recente de galaxii.

Din când în când, gaura neagră din centrul unui sistem hipercompact poate distruge stelele care trec prea aproape de el, creând un fulger strălucitor. Mai multe astfel de izbucniri au fost observate în regiunile centrale ale galaxiilor, motivul izbucnirilor ar putea fi trecerea prea aproape a stelelor în apropierea SMBH în nucleele galaxiilor. [6] Se estimează că un SMBH ejectat dintr-o galaxie ar putea distruge aproximativ o duzină de stele în timpul necesar pentru a părăsi galaxia. [7] Deoarece durata focarului este de câteva luni, șansele de a vedea un astfel de fenomen sunt mici, în ciuda cantității mari de spațiu explorat. De asemenea, o stea dintr-un sistem hipercompact poate exploda ca o supernova de tip 1. [7]

Importanța descoperirii

Descoperirea sistemelor stelare hipercompacte este importantă din mai multe motive.

Note

  1. ↑ Healy, J.; Hermann, F.; Shoemaker, DM & Laguna, P. (2009), Superkicks in Hyperbolic Encounters of Binary Black Holes , Physical Review Letters vol. 102 (4): 041101–041105, PMID 19257409 , DOI 10.1103/Phys102041102041. 
  2. ↑ Merritt, D.; Milosavljevic, M.; Favata, M. & Hughes, SA (2004), Consequences of Gravitational Radiation Recoil , The Astrophysical Journal vol . 607(1): L9–L12 , DOI 10.1086/421551 
  3. ↑ 1 2 3 4 Merritt, D.; Schnittman, JD & Komossa, S. (2009), Hypercompact Stellar Systems Around Recoiling Supermassive Black Holes , The Astrophysical Journal vol . 699 (2): 1690–1710 , DOI 10.1088/0004-637X/1699/2 
  4. ↑ Gualandris, A. & Merritt, D. (2008), Ejection of Supermassive Black Holes din Galaxy Cores , The Astrophysical Journal vol. 678(2): 780–796 , DOI 10.1086/586877 
  5. ↑ Mieske, S. și colab.; Hilker, M.; Jordán, A. & Infante, L. (2008), The nature of UCDs: Internal dynamics from an expanded sample and homogeneous database , Astronomy and Astrophysics vol. 487 (3): 921–935 , DOI 10.1051/0004-6361:2008 
  6. ↑ Komossa, S. (2004), The Extremes of (X-ray) Variability Among Galaxies: Flares from Stars Tidally Disrupted by Supermassive Black Holes , p. 45–48 , < http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=260531 > Arhivat la 3 martie 2016 la Wayback Machine 
  7. ↑ 1 2 Komossa, S. & Merritt, D. (2009), Tidal Disruption Flares from Recoiling Supermassive Black Holes , The Astrophysical Journal Vol . 683(1): L21–L24 , DOI 10.1086/591420 

Link -uri