Sistema estelar hipercompacto - Hypercompact stellar system

Um sistema estelar hipercompacto ( HCSS ) é um aglomerado denso de estrelas ao redor de um buraco negro supermassivo que foi ejetado do centro de sua galáxia hospedeira . As estrelas que estão perto do buraco negro no momento da ejeção permanecerão ligadas ao buraco negro depois que ele deixar a galáxia, formando o HCSS.

O termo "hipercompacto" refere-se ao fato de que os HCSSs são pequenos em comparação com aglomerados de estrelas comuns de luminosidade semelhante . Isso ocorre porque a força gravitacional do buraco negro supermassivo mantém as estrelas se movendo em órbitas muito estreitas em torno do centro do aglomerado.

A fonte luminosa de raios-X SDSS 1113 perto da galáxia Markarian 177 seria a primeira candidata a um HCSS. Encontrar um HCSS confirmaria a teoria do recuo da onda gravitacional e provaria que buracos negros supermassivos podem existir fora das galáxias.

Propriedades

Os astrônomos acreditam que os buracos negros supermassivos (SMBHs) podem ser ejetados dos centros das galáxias pelo recuo das ondas gravitacionais. Isso acontece quando duas SMBHs em um sistema binário se aglutinam, após perder energia na forma de ondas gravitacionais . Como as ondas gravitacionais não são emitidas isotropicamente , algum momento é transmitido aos buracos negros coalescentes e eles sentem um recuo, ou "pontapé", no momento da coalescência. Simulações de computador sugerem que o chute pode ser tão grande quanto , o que excede a velocidade de escape dos centros até mesmo das galáxias mais massivas.

Estrelas que estão orbitando ao redor do SMBH no momento do chute serão arrastadas junto com o SMBH, desde que sua velocidade orbital exceda a velocidade de chute V k . Isso é o que determina o tamanho do HCSS: seu raio é aproximadamente o raio da órbita que tem a mesma velocidade em torno do SMBH que a velocidade de chute, ou

onde M é a massa do SMBH e G a constante gravitacional . O tamanho R resulta em cerca de meio parsec (pc) (dois anos-luz ) para um impulso de 1000 km / se uma massa SMBH de 100 milhões de massas solares . Os maiores HCSSs teriam tamanhos de cerca de 20 pc, aproximadamente o mesmo que um grande aglomerado globular , e o menor teria cerca de um milésimo de parsec de diâmetro, menor do que qualquer aglomerado de estrelas conhecido.

O número de estrelas que permanecem vinculadas ao SMBH após o chute depende tanto de V k , quanto da densidade de aglomeração de estrelas em torno do SMBH antes do chute. Uma série de argumentos sugere que a massa estelar total seria cerca de 0,1% da massa do SMBH ou menos. Os maiores HCSSs carregariam talvez alguns milhões de estrelas, tornando-os comparáveis ​​em luminosidade a um aglomerado globular ou galáxia anã ultracompacta .

Além de ser muito compacto, a principal diferença entre um HCSS e um aglomerado de estrelas comum é a massa muito maior do HCSS, devido ao SMBH em seu centro. O SMBH em si é escuro e indetectável, mas sua gravidade faz com que as estrelas se movam a velocidades muito mais altas do que em um aglomerado de estrelas comum. Aglomerados de estrelas normais têm velocidades internas de alguns quilômetros por segundo, enquanto em um HCSS, essencialmente todas as estrelas estão se movendo mais rápido do que V k , ou seja, centenas ou milhares de quilômetros por segundo.

Se a velocidade do chute for menor do que a velocidade de escape da galáxia, o SMBH cairá de volta para o núcleo da galáxia, oscilando muitas vezes através da galáxia antes de finalmente parar. Nesse caso, o HCSS só existiria como objeto distinto por um tempo relativamente curto, da ordem de centenas de milhões de anos, antes de desaparecer de volta no núcleo da galáxia. Durante esse tempo, o HCSS seria difícil de detectar, pois estaria sobreposto na galáxia ou atrás dela.

Mesmo se um HCSS escapar de sua galáxia hospedeira, ele permanecerá ligado ao grupo ou aglomerado que contém a galáxia, já que a velocidade de escape de um aglomerado de galáxias é muito maior do que a de uma única galáxia. Quando observado, o HCSS estará se movendo mais lentamente do que V k , uma vez que terá escalado através do poço de potencial gravitacional da galáxia e / ou aglomerado.

As estrelas em um HCSS seriam semelhantes aos tipos de estrelas que são observados em núcleos galácticos. Isso tornaria as estrelas em um HCSS mais ricas em metais e mais jovens do que as estrelas em um aglomerado globular típico.

Procurar

Como o buraco negro no centro do HCSS é essencialmente invisível, um HCSS seria muito semelhante a um tênue aglomerado de estrelas. Determinar que um aglomerado de estrelas observado é um HCSS requer medir as velocidades orbitais das estrelas no aglomerado por meio de seus deslocamentos Doppler e verificar se eles estão se movendo muito mais rápido do que o esperado para estrelas em um aglomerado de estrelas comum. Esta é uma observação desafiadora de se fazer porque um HCSS seria relativamente fraco, exigindo muitas horas de exposição, mesmo em um telescópio de classe de 10m .

Os lugares mais promissores para procurar HCSSs são aglomerados de galáxias , por duas razões: primeiro, a maioria das galáxias em um aglomerado de galáxias são galáxias elípticas que se acredita terem se formado por meio de fusões . Uma fusão de galáxias é um pré-requisito para formar um SMBH binário, que é um pré-requisito para um chute. Em segundo lugar, a velocidade de escape de um aglomerado de galáxias é grande o suficiente para que um HCSS seja retido mesmo que escape de sua galáxia hospedeira.

Estima-se que os aglomerados de galáxias Fornax e Virgem próximos podem conter centenas ou milhares de HCSSs. Esses aglomerados de galáxias foram pesquisados ​​em busca de galáxias compactas e aglomerados de estrelas. É possível que alguns dos objetos apanhados nessas pesquisas fossem HCSSs que foram erroneamente identificados como aglomerados de estrelas comuns. Alguns dos objetos compactos nas pesquisas são conhecidos por terem velocidades internas bastante altas, mas nenhum parece ser massivo o suficiente para ser qualificado como HCSSs.

Outro lugar provável para encontrar um HCSS seria próximo ao local de uma recente fusão de galáxias .

De vez em quando, o buraco negro no centro de um HCSS interrompe uma estrela que passa muito perto, produzindo um clarão muito luminoso. Algumas dessas chamas foram observadas nos centros das galáxias, provavelmente causadas por uma estrela que se aproxima muito da SMBH no núcleo da galáxia. Estima-se que um SMBH recuando irá perturbar cerca de uma dúzia de estrelas durante o tempo que leva para escapar de sua galáxia. Como a vida útil de um flare é de alguns meses, as chances de ver tal evento são pequenas, a menos que um grande volume de espaço seja pesquisado. Uma estrela em um HCSS também pode explodir como uma supernova Tipo I ( anã branca ) .

Importância

A descoberta de um HCSS seria importante por vários motivos.

  • Seria uma prova de que buracos negros supermassivos podem existir fora das galáxias.
  • Ele iria verificar as simulações de computador que prevêem recuos das ondas gravitacionais de milhares de quilômetros por segundo.
  • A existência de HCSSs implicaria que algumas galáxias não têm buracos negros supermassivos em seus centros. Isso teria consequências importantes para as teorias que vinculam o crescimento de galáxias ao crescimento de buracos negros supermassivos e para as correlações empíricas entre a massa SMBH e as propriedades das galáxias.
  • Se muitos HCSSs pudessem ser descobertos, seria possível reconstruir a distribuição das velocidades de chute, que contém informações sobre a história de fusão de galáxias, as massas e spins de buracos negros binários, etc.

Veja também

Referências

links externos