В чем разница между шаровым скоплением и карликовой галактикой

[vika vorobyeva]

To Forger.
Лет 20 назад я читала книгу Агекяна  «Звезды. Галактики. Метагалактика», где он (в числе прочего) подробно и обстоятельно обсуждал этот вопрос (поскольку сам им много занимался). На пальцах попробую пересказать то, о чем он говорил с графиками и формулами.
Вне зависимости от первоначальной формы скопления (хоть в форме параллелепипеда, писал он) собственные движения звезд очень быстро придадут ему шарообразную форму. Он рассматривал следующую кинематическую модель: звезды считаются материальными точками, счет начинается в тот момент, когда они уже сформировались, никакого газа в скоплении нет. Итак, сначала движения звезд в скоплении почти радиальные, т.е. каждая звезда, падая в общем гравитационном поле, пролетает через центр скопления (на максимальной скорости), по инерции удаляется на то же расстояние, с которого она стартовала, потом снова падает, и так далее. Оказывается, что из-за того, что очень много звезд проходит очень близко от центра скопления, звездная плотность в центре скопления становится очень высокой. Звезды в этой области начинают сильнейшим образом друг с другом взаимодействовать, и, обмениваясь кинетической и гравитационной энергией, оттуда вылетать (приобретая 2 космическую скорость относительно скопления и, таким образом, покидая скопление навсегда). Причем происходит все это очень быстро (за времена порядка нескольких качаний «туда-сюда» средней звезды скопления) и очень бурно (вон вылетает 40-70% звезд). Оставшиеся звезды приобретают некую небольшую эллиптичность своих орбит, т.е. пролетают не точно через центр скопления, а на неком расстоянии от него. Как говорит Агекян, «скопление становится стационарным в регулярном поле».
Потом начинается очень медленный процесс приобетения «стационарности в иррегулярном поле». Это означает, что две звезды скопления могут случайно пролететь недалеко друг от друга (по гиперболам друг относительно друга) и искривить свои траектории, получив некую нерадиальную составляющую скорости. Они уже не будут пролетать вблизи центра скопления. Через какое-то (очень большое) время все направления движения звезд в скоплении станут равноправны. Траектории звезд будут, грубо говоря, эллипсами всех возможных эксцентриситетов и наклонений. Также иногда то одна, то другая звезда из-за взаимодействия с другими звездами будет случайно приобретать скорость выше 2 космической и улетать из скопления. Таким образом, и после начального бурного периода из шарового скопления, уже достигнувшего «стационарности в регулярном поле» будет происходить медленное «испарение» звезд.
На временах, гораздо больших возраста Вселенной, шаровые скопления действительно распадутся. 90% их звезд улетит вон из-за «испарения», оставшиеся 10% сожмутся в черную дыру.
В принципе, подобные расчеты наверняка делались и позже, на более мощных компьютерах и в рамках более адекватных моделей (которые, например, учитывали бы конечные размеры звезд и всяческие приливные эффекты между ними), но я про них ничего не знаю

[Forger]

Спасибо большое, Вика, за такой обстоятельный ответ. Интернет у меня сейчас поганый, искать - заморочишься, а из доступной литературы - только Кононович/Мороз "Общий курс астрономии", в котором ничего конкретного про механику ШС нет.

[bob]

Потом начинается очень медленный процесс приобетения «стационарности в иррегулярном поле». Это означает, что две звезды скопления могут случайно пролететь недалеко друг от друга (по гиперболам друг относительно друга) и искривить свои траектории, получив некую нерадиальную составляющую скорости. Они уже не будут пролетать вблизи центра скопления. Через какое-то (очень большое) время все направления движения звезд в скоплении станут равноправны. Траектории звезд будут, грубо говоря, эллипсами всех возможных эксцентриситетов и наклонений. Также иногда то одна, то другая звезда из-за взаимодействия с другими звездами будет случайно приобретать скорость выше 2 космической и улетать из скопления. Таким образом, и после начального бурного периода из шарового скопления, уже достигнувшего «стационарности в регулярном поле» будет происходить медленное «испарение» звезд.
На временах, гораздо больших возраста Вселенной, шаровые скопления действительно распадутся. 90% их звезд улетит вон из-за «испарения», оставшиеся 10% сожмутся в черную дыру.

C "испарением шаровиков" согласны все авторы. А вот насчёт равноправия всех траекторий, не слышал. Источник не помню (то ли брошюра, то ли журнал лет пять назад), там чётко говорилось, что орбит с низкой эллиптичностью и круговых в шаровике быть не может. То есть, эллипсы обязательно должны быть очень вытянутые. Впрочем, всё это писано вилами на воде, на основании очень сомнительных расчётов и наблюдения легко разрешимых звёзд, удалённых от центральной области.
Меня, как любителя планет, коричневых и чёрных кaрликов очень беспокоит их судьба. На Ваш взгляд, как они движутся? По звёздным орбитам или, в основном, вокруг отдельных звёзд шаровика. Уважаемая Karen указала на возможность стабильных орбит планетных систем типа солнечной. Я предположил, что планеты и карлики движутся независимо, в рамках всего шаровика. Что вероятнее? Или это можно считать одновременно реализующейся возможностью?

[vika vorobyeva]

Источник не помню (то ли брошюра, то ли журнал лет пять назад), там чётко говорилось, что орбит с низкой эллиптичностью и круговых в шаровике быть не может. То есть, эллипсы обязательно должны быть очень вытянутые.

Никакого противоречия тут нет, «стационарность в иррегулярном поле» может достигаться за времена, значительно бОльшие возраста Вселенной. Т.е. наличные шаровые скопления, скорее всего, еще не достигли этой стационарности, и орбиты звезд в них сильно вытянуты.

Меня, как любителя планет, коричневых и чёрных кaрликов очень беспокоит их судьба. На Ваш взгляд, как они движутся?

Насчет планет в шаровом скоплении. Я думаю, они там есть. Газовые гиганты – совершенно точно (о планетах земной группы можно спорить). Вообще, с точки зрения звездной динамики коричневые карлики и планеты-гиганты можно рассматривать как предельный случай маломассивных звезд. А значит, их судьба будет подобна судьбе маломассивных звезд скопления. Скорее всего, часть из них находится на близких (устойчивых) орбитах вокруг своих звезд, часть летает по скоплению самостоятельно, часть может вращаться вокруг совсем не тех звезд, рядом с которыми они образовались.
Как это может получиться.
При сближении двойной системы с налетающей одиночной звездой/планетой может реализоваться несколько сценариев. Тут все зависит от общей энергии системы из трех звезд. Возможен распад двойной системы (все три звезды/планеты разлетаются в разные стороны). Возможна замена одного из компонент двойной налетающей звездой (а второй компонент улетает). Возможен захват налетающей звезды и образование тройной системы (лишняя энергия расходуется на «подъем» орбиты компонента двойной, т.е. система становится более «рыхлой», или на возбуждение приливных колебаний в теле сблизившихся звезд, если сближение произошло практически «в лоб»). Все это хорошо бы посчитать методом популяционного синтеза, потому что заранее сказать, какие из сценариев будут наиболее вероятны, а какие почти не будут реализовываться, не представляется возможным

[bob]

То есть, синтез. Согласен. Скорее всего так. Только протяжённость планетных систем намного ниже, чем в диске. А облако Оорта, скорее всего полностью обобществлено в рамках скопления. Вот это бомбардировка астероидами и кометами там была несколько миллиардов лет назад! Здесь такое и не снилось. Можно сказать, что мы живём в очень тихой галактической провинции.

[Дмитрий Вибе]

Вот еще в тему:

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0504142

[dims]

Лет 20 назад я читала книгу Агекяна  «Звезды. Галактики. Метагалактика»,

О! У меня эта книжка есть и очень мне нравится. Недавно перечитывал :-)

[bob]

Вот еще в тему:

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0504142

Спасибо, уважаемый Дмитрий. Основательная статья.

[Diletant]

Кто изучал программирование на Турбо Паскале наверняка "натыкался" на программу "Жизнь". Замкнутая плоскость, шар или тор, разбивается на квадраты, которые случайным образом с некоторой вероятностью ( я взял 0,6) заполняются объектами и вводится алгоритм "выбрасывания" объекта из группы (у меня, если объект контачит с 2 и меньше или с 5 и больше объектами) и алгоритм "втягивания" в группу ( если пустая клетка граничит с 3 объектами). Во первых, сразу виден механизм "аннигиляции", а потом формируются  объекты трех типов. 1- вокруг одного крутятся несколько. 2- по бокам от одного неколько "мельтешат". 3 устойчивые группы по 4 объета. Все что нужно для жизни.

[bob]

Четыре?

[Diletant]

Понятно это не программа модели галактик, но все равно похоже. При таких параметрах устойчивые группы только из 4-х объектов, при других разные. 

[bob]

Понятно это не программа модели галактик, но все равно похоже. При таких параметрах устойчивые группы только из 4-х объектов, при других разные. 

Cм. https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,8501.0.html

[Diletant]

Я и раньше эту тему смотрел, но так по дежурному. Сейчас весь свой "мультик" прогнал по новой. Когда останавливаю на паузу, группы 2-го типа остаются из 4-х объектов (хотя в динамике они бывают разные). Вращающиеся группы (рассмотрел повнимательней) имеют внутри 4 медленно меняющихся объекта и 4 "бегающих" вокруг. Информация к размышлению однако..

[Дмитрий Вибе]

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512360

[alexv]

Я нигде не встречал четкого определения.

Может кто знает?

[Kweni]

Наверно, местонахождением и возрастом звёзд - в скоплении он одинаковый, а в галактике встречаются звёзды разных возрастов.

[alexv]

Наверно, местонахождением и возрастом звёзд - в скоплении он одинаковый, а в галактике встречаются звёзды разных возрастов.

звездное население эллиптических галактик очень похоже на население шаровых скоплений. А насчет местонахождения тоже спорный вопрос - огромное количество карликовых элиптических галактик являются спутниками больших галактик (например, М31 и 2 ближайших ее спутника).

[felis manul]

Может количеством звезд? В скоплении их сотни или тысячи, а в галактике порядка на два, три...пять... больше.

[alexv]

Может количеством звезд? В скоплении их сотни или тысячи, а в галактике порядка на два, три...пять... больше.

Карликовая эллиптическая галактика может состоять из миллиона звезд. Шаровик тоже может...

[felis manul]

Карликовая эллиптическая галактика может состоять из миллиона звезд. Шаровик тоже может...

Может традиция? или удаленный большой шаровик считать маленькой галактикой?