Hyperkompakt stjärnsystem

Ett hyperkompakt stjärnsystem ( HCSS )  är en tät stjärnhopa runt ett supermassivt svart hål (SMBH) som kastas ut från mitten av en galax . Stjärnor som är nära det svarta hålet under dess utstötning från galaxen fortsätter att förbli gravitationsbundna till det svarta hålet och bildar ett hyperkompakt stjärnsystem.

Termen "hyperkompakt" betyder att sådana system är små i storlek jämfört med vanliga stjärnhopar med samma ljusstyrka, eftersom gravitationen hos det supermassiva svarta hålet tvingar stjärnorna att röra sig i mycket nära omloppsbanor runt klustrets centrum.

Den första kandidaten för ett hyperkompakt stjärnsystem är den ljusa röntgenkällan SDSS 1113 nära galaxen Markarian 177 . Upptäckten av sådana system kommer att bekräfta möjligheten att det finns supermassiva svarta hål utanför galaxer.

Egenskaper

Astronomer tror att supermassiva svarta hål kan kastas ut från galaxernas centrum på grund av gravitationsvågornas inverkan: när två supermassiva svarta hål smälter samman går energi förlorad när gravitationsvågor sänds ut; Eftersom emissionen av gravitationsvågor inte är isotropisk, överförs en del momentum till de sammanslagna svarta hålen. Datormodellering har bekräftat att som ett resultat av denna process kan SMBH:er förvärva hastigheter på upp till 10 5  km/s, [1] vilket överstiger flykthastigheten från mitten av även de mest massiva galaxerna. [2]

Stjärnorna som kretsar kring SMBH i det ögonblick då den får en impuls kommer också att uppleva en ökning i hastighet, medan deras omloppshastighet kommer att överstiga hastigheten Vk som motsvarar impulsen . Storleken på klustret definieras enligt följande: radien motsvarar radien för omloppsbanan där hastigheten är lika med hastigheten Vk ,

där M är massan av det svarta hålet, G är gravitationskonstanten. Radien R är ungefär en halv parsec för V k ungefär 1000 km/s och en SMBH-massa på 100 miljoner solmassor . De största hyperkompakta systemen bör ha dimensioner på ca 20 st; stora klothopar är ungefär lika stora ; den minsta bör vara ungefär en tusendels parsek stor, märkbart mindre än någon vanlig stjärnhop. [3]

Antalet stjärnor som förblir associerade med SMBH efter att det fått fart beror både på Vk och på hur tätt stjärnorna var placerade i förhållande till SMBH. Det finns ett antal argument för påståendet att den totala stjärnmassan bör vara cirka 0,1 % av SMBH-massan eller mindre. [3] De största hyperkompakta systemen kan innehålla flera miljoner stjärnor, medan när det gäller ljusstyrka kommer sådana system att vara jämförbara med klotformade hopar eller ultrakompakta dvärggalaxer .

Förutom dess speciella kompakthet är den största skillnaden mellan ett hyperkompakt system och en vanlig stjärnhop en betydligt större massa på grund av närvaron av en SMBH i mitten. Själva SMBH är mörk och otillgänglig för upptäckt, men dess gravitationspåverkan leder till att stjärnorna rör sig med mycket högre hastigheter jämfört med stjärnor i vanliga hopar: hundratals och tusentals km/s istället för flera km/s.

Om utstötningshastigheten var mindre än utrymningshastigheten i galaxen, kommer SMBH igen att återvända till galaxens centrala område, sådana svängningar kommer att upprepas många gånger. [4] I det här fallet kommer det hyperkompakta stjärnsystemet att existera som ett separat objekt under en relativt kort tid, flera hundra miljoner år.

Även om systemet drar sig tillbaka från galaxen kommer det att förbli associerat med en grupp eller galaxhop , eftersom flykthastigheten från en galaxhop är mycket snabbare än från en enda galax. När det observeras kommer ett hyperkompakt system att röra sig med en hastighet som är mindre än Vk på grund av att man övervinner gravitationspåverkan från galaxen och/eller galaxhopen.

Stjärnorna i ett hyperkompakt stjärnsystem kommer till sin typ att likna stjärnorna i galaxernas kärnor. Alltså är stjärnor i hyperkompakta system mer metallrika och yngre än stjärnor i en typisk klothop. [3]

Sök

Eftersom det svarta hålet i mitten av ett hyperkompakt system är osynligt, kommer systemet att se ut som en dunkel stjärnhop. För att avgöra om ett kluster är ett hyperkompakt system krävs att man mäter omloppshastigheterna för stjärnorna i klustret med hjälp av dopplereffekten och bevisar att stjärnorna rör sig snabbare än stjärnorna i vanliga hopar. Dessa observationer är utmanande eftersom hyperkompakta system måste vara svaga och kräver långa exponeringar även för 10-meters teleskop.

Med största sannolikhet kan sådana system hittas i galaxhopar, eftersom, för det första, de flesta av galaxerna i klustret är elliptiska, de bildades förmodligen under sammanslagning av galaxer . Sammanslagningen av galaxer tillåter bildandet av en dubbel SMBH. För det andra är flykthastigheten från en galaxhop tillräckligt snabb för att hålla ett hyperkompakt system inuti klustret, även om det har övervunnit sin galaxs gravitation.

Det uppskattas att närliggande kluster av ugns- och jungfrugalaxer kan innehålla hundratals eller tusentals sådana system. [3] Sådana galaxhopar har undersökts för förekomsten av kompakta galaxer och stjärnhopar. Det är möjligt att några av de objekt som identifierats i undersökningarna är hyperkompakta system. Vissa av de kompakta föremålen har höga inre hastigheter, men föremålens massor är fortfarande otillräckliga för att klassificera dem som hyperkompakta system. [5]

En annan möjlig plats för upptäckten av hyperkompakta system är regioner nära resterna av en nyligen sammansmältning av galaxer.

Då och då kan det svarta hålet i mitten av ett hyperkompakt system förstöra stjärnor som passerar för nära det, vilket skapar en ljus blixt. Flera sådana utbrott observerades i de centrala delarna av galaxer, orsaken till utbrotten kan vara för nära passage av stjärnor nära SMBH i galaxernas kärnor. [6] Det uppskattas att en SMBH som kastas ut från en galax kan förstöra omkring ett dussin stjärnor under den tid det tar att lämna galaxen. [7] Eftersom utbrottet varar flera månader, är chanserna att se ett sådant fenomen liten trots den stora mängden utrymme som utforskats. Dessutom kan en stjärna i ett hyperkompakt system explodera som en typ 1-supernova. [7]

Vikten av upptäckt

Upptäckten av hyperkompakta stjärnsystem är viktigt av flera skäl.

Anteckningar

  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/PhysRev.4101Lett . 
  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/ 
  4. ↑ Gualandris, A. & Merritt, D. (2008), Ejection of Supermassive Black Holes from Galaxy Cores , The Astrophysical Journal vol. 678(2): 780–796 , DOI 10.1086/586877 
  5. ↑ Mieske, S. et al.; Hilker, M.; Jordán, A. & Infante, L. (2008), The nature of UCDs: Internal dynamics from an expanded sample and homogeneous databas , Astronomy and Astrophysics vol. 487 (3): 921–935 , DOI 10.1051/0004-6361:207081 
  6. ↑ Komossa, S. (2004), The Extremes of (röntgen) Variability Among Galaxies: Flares from Stars Tidally Disrupted by Supermassive Black Holes , sid. 45–48 , < http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=260531 > Arkiverad 3 mars 2016 på 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 

Länkar