МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД
DESCRIPTION
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД. Г.Н. Дремова 1 , В.В Дремов 1 , А.В. Тутуков 2 1 Российский Федеральный Ядерный Центр 2 Институт Астрономии РАН. СОВРЕМЕННАЯ ЗВЕЗДНАЯ АСТРОНОМИЯ -2013. 10-12 июня 2013. ГАО РАН (Пулково), Санкт-Петербург. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/1.jpg)
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
![Page 2: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/3.jpg)
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)
![Page 4: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/6.jpg)
<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
![Page 7: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/7.jpg)
<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
![Page 8: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/8.jpg)
<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
![Page 9: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/9.jpg)
<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
![Page 10: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/16.jpg)
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
![Page 17: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/17.jpg)
П О Л И Т Р О П Н Ы Й Ш А Р n=3rp=175 Ro t=25.d2
![Page 18: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/18.jpg)
Динамика разрушений компонентов ТДС rp=175 Ro
21.d 09 21.d14 21.d35
21.d61 22.d13
![Page 19: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/20.jpg)
Динамика разрушений компонентов ТДС rp=150 Ro
20.d99 21.d09 21.d25
21.d61 22.d13
![Page 21: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062408/5681377c550346895d9f16c3/html5/thumbnails/22.jpg)
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…