МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЙ ОРБИТЫ ТДС В ПОЛЕ СМЧД

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…