МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД
Г.Н. Дремова1, В.В Дремов1, А.В. Тутуков2
1Российский Федеральный Ядерный Центр
2Институт Астрономии РАН
СОВРЕМЕННАЯ ЗВЕЗДНАЯ АСТРОНОМИЯ -2013СОВРЕМЕННАЯ ЗВЕЗДНАЯ АСТРОНОМИЯ -2013
10-12 10-12 июня июня 2013 2013
ГАО РАН (Пулково), Санкт-ПетербургГАО РАН (Пулково), Санкт-Петербург
Hills, 1988 – предсказание Гиперскоростных Звезд
Vss > Vgalaxy - условие Гиперскоростных Звезд
Vss =(GMg/Rg)1/2350 км/с Mg 2·1011Mo Rg 6.79·1011 Ro
Brown et al, 2005 M=3 Mo Vr=860 км/с
Perets, 2009 в r=120 кпк - сотня таких звезд
B – звезды со скоростями до 1000 км/с (HD 69686 Huang et al., 2009)
Gualandris, Zwart 2007 – межгалактическая звезда He 0437-5439 спектрального класса B III-IVBonanos et al., 2008 – анализ (X,Y,Z) и μ она несколько сот лет назад была выброшена из БМО ее гелиоцентрическая скорость Vr = 723 км/с
Sherwin et al., 2008 – 1 200 000 траекторий звезд, выброшенных из M31 1 500 «беглецов» в пределах вириализованного гало
He 0437-5439 Edelmann et al., 2005;
9 B – звезд Hirsch et al., 2005; Brown et al., 2006
Сценарии образования Гиперскоростных Звезд
первые звезды массивных галактик
Тутуков А.В., Федорова А.В. АЖ, 2009, 86, 902-913
межгалактические гиперскоростные звезды разрушение нестабильных (Aout /Ain 3-4) тесных тройных систем
столкновение одиночной звезды с ТДС k·100 км/с, k=2-5
1/2·GM2/(2.5R)=mv2/2 Vr 3000 км/с
разрушение экстремально близких ТДС (He-звезда +NS)1600 км/с
взаимодействие ТДС со сверхмассивной Черной Дырой (СМЧД) взаимодействие ТДС с Черной Дырой Средних масс (103-104 Mo) рассеяние звезд на черных дырах звездных масс
взрывы SNI b,c в ТДС 600 км/с (M1o=25 Mo, m=1-3 Mo)
1100 км/с (M1o=100 Mo, m=1Mo)
ЗАДАЧА ТРЕХ ТЕЛМОДЕЛИРОВАНИЕ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД
MR Cyg M1 = 4.5Mo M2 = 2.5Mo R1 = 4.07Ro R2 = 3.17Ro A=11.31Ro
СМЧД M = 106Mo Rg = 4.24Ro rA =104 Ro
v1orb = 122.68 км/с v2
orb = 220.83 км/с
-10 -5 0 5 10-5
0
5
rp1
rp3r
p2
Оценка расстояния до перицентрия
dr/dt = (2/m.(E –U(r)) – M2 . m-2 . r-2)0.5
m=M1M2/(M1+M2)
M = m·v·r2
«линейка» rp,Ro – 25 50 215 500 750 1000 1500 2000
Vo в км/с – 310 436 897 1350 1633 1865 2231 2524
«линейка» rp,Ro – 25 50 215 500 750 1000 1500 2000
Vo в км/с – 310 436 897 1350 1633 1865 2231 2524
emax = vk2/2 – G·MBH/rk - eo k=1, 2
rk= ((xk – xBH)2+(yk – yBH)2+(zk – zBH)2)0.5
vk= (vx k2+vy,k
2+(vz,k + vo )2)0.5
Все три объекта считаем точечными и рассматриваем движение ТДС в центральном поле СМЧД в ньютоновском приближении.
Варианты начальной конфигурации орбиты ТДС генерируются случайным образом
статистика реализаций начальных орбит ТДС – 10 000
На U(r) 0 v = (2·(emax – eo)/mk)1/2
v трактуется Vmax
<Vmax> = 3 155 км/с
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000
100
200
300
400
500
600
700
800
900N
rp=500 R
o
Vmax
, км/с
Vmax = 7 500 км/с
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА РЕАЛИЗАЦИЙ ПО VMAX
<Vmax> = 2 910 км/с
Vmax = 6 920 км/с
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА РЕАЛИЗАЦИЙ ПО VMAX
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000
100
200
300
400
500
600
700
800
900N
rp=750 R
o
Vmax
, км/с
<Vmax> = 2780 км/с
Vmax = 6 440 км/с
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА РЕАЛИЗАЦИЙ ПО VMAX
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000
100
200
300
400
500
600
700
800
900
rp=1000 R
o
Vmax
, км/с
N
<Vmax> = 2 525 км/с
Vmax = 3 410 км/с
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА РЕАЛИЗАЦИЙ ПО VMAX
1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000
100
200
300
400
500
600
700
800
900
rp=1500 R
o
Vmax
, км/с
N
Предсказание спектра скоростей выброшенных звездB.C.Bromley et al., AJ, v. 653, 1194-1202, 2006
моделируется взаимодействие ТДС и СМЧД в рамках задачи трех тел с E=10-9 Используется симплектический интегратор 6-ого порядка Yoshida, 1990
Распределение по скоростям выбросов. М1 =4 Mo
МBH =3.5·106 Mo
A=0.1 а.е. (20 Ro)
rp= 104 Ro
Vmax=2600 км/c
Gualandris et al., 2005
Yu &Tremaine 2003
Baumgardt et al., 2006
Levin 2006
Sesana, Haardt, Madau 2007
O’Leary & Loeb 2008
Диаграмма rp – Vmax
0 500 1000 1500 2000
2000
4000
6000
8000
10000
rp, R
o
Vmax
, км/с
0 500 1000 1500 2000
2000
4000
6000
8000
10000
rp, R
o
Vmax
, км/с
0 500 1000 1500 2000
2000
4000
6000
8000
10000
rp, R
o
Vmax
, км/с
0 500 1000 1500 2000
2000
4000
6000
8000
10000
rp, R
o
Vmax
, км/с
Граница разрушения компонентов ТДС
rp=390 Ro rp=4000 Ro
граница разрушения двойственности ТДС
500 RO 4000 RO
Моделирование разрушения компонентов ТДС
rA = 104Ro rp = 50Ro v0 = 436 км/с vp = 275 000 км/с
P = 41.d 28 ht = 18 c Nstep = 1 200 000 моделируется один виток ТДС вокруг СМЧД
Начальная конфигурация ТДС задается в задаче N-тел
-4-2
02
46
810
12
0
5
0
2
4
6
8
6
8
10
120
2
4
6
8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
N1=3200
N2=2000mn=2.3·10-3 Mo
rs=2/4·a
a=0.814Ro
rn = 2/2·a
АЛГОРИТМ ВОЗВРАЩЕНИЯ УЗЛОВ
При сближении узлов вследствие гравитации «включается» алгоритм возвращения узлов на прежнее место, а скорости обоих узлов делаются сонаправленными, т.е. оба узла летят дальше как один узел.
0 1 2 3 4 5 60
1
2
3
4
5
6
/2
/2
rfix
2
rfix
1
rk
ri
ri - r
k
Эволюция орбиты ТДС вокруг СМЧД t = 20.d 625 t = 20.d 83 t = 21.d 61 t = 25d t = 23.d 44 t = 27d.08t = 30d.94
Расчет rp =2000 Ro Vra =2524 км/c Porb=53.d86
220.d 31 220.d 83 220.d 89 220.d 94 221.d 09
221.d 354 221.d 96 229.d 17 239.d 58 250d
rp, Ro 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
fdestruct 50/50 47/50 43/50 41/50 32/50 6/50 0/50 0/50
Фактор разрушения компонентов ТДС при первом прохождении периастрия орбиты вокруг СМЧД
0 500 1000 1500 20000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4fdestr
rp, R
o
П О Л И Т Р О П Н Ы Й Ш А Р n=3rp=175 Ro t=25.d2
Динамика разрушений компонентов ТДС rp=175 Ro
21.d 09 21.d14 21.d35
21.d61 22.d13
П О Л И Т Р О П Н Ы Й Ш А Р n=3rp=150 Ro t=24.d74rp=150 Ro t=25.d2
Динамика разрушений компонентов ТДС rp=150 Ro
20.d99 21.d09 21.d25
21.d61 22.d13
Зависимость интенсивности разрушения от rp
50 100 150 200 250 300 350
0
10
20
30
40
50
60
70
80
rp, R
o
M, %
кристалл
50 100 150 200 250 300 350
0
10
20
30
40
50
60
70
80
rp, R
o
M, %
Эмден (r)
50 100 150 200 250 300 350
0
10
20
30
40
50
60
70
80
rp, R
o
M, %
N
В Ы В О Д ЫРасчеты, проводимые для начальной скорости, обеспечивающей прохождение перицентрия в 50Ro демонстрируют полное разрушение обоих компонентов.
Моделирование не закончено. Нам предстоит пройти область до границы разрушения звезд, чтобы ответить на вопрос о их выживаемости и найти то, расстояние, на котором они еще могут избежать разрушений, но при этом получить максимальное ускорение для вылета…