Casp Bacalla – Wolfa

A Bacalla–Wolf-csúcs ( eng. Bahcall– Wolf cusp ) a csillagok eloszlásának egy részlete egy hatalmas fekete lyuk körül, egy galaxis vagy gömbhalmaz közepén . Ha egy fekete lyukat tartalmazó objektum magja elég régi, akkor a csillagok közötti keringési energiacsere egy bizonyos alakú eloszlás kialakulásához vezet. Például a csillagok ρ sűrűsége az r as fekete lyuktól való távolság függvényében változik

\rho (r)\propto r^{-7/4}.

A Bacalla-Wolf csúcsra azonban nem találtak pontos példát galaxisokban vagy csillaghalmazokban. [1] Talán ennek az az oka, hogy nehéz észlelni (elégtelen szögfelbontás) egy ilyen szerkezetet.

Csillagok eloszlása egy szupermasszív fekete lyuk körül

A szupermasszív fekete lyukak a galaxisok magjában találhatók . A magban lévő csillagok össztömege megközelítőleg megegyezik egy szupermasszív fekete lyuk tömegével. A Tejútrendszerben egy fekete lyuk tömege körülbelül 4 millió naptömeg, a magban lévő csillagok száma pedig körülbelül 10 millió. [2]

A szupermasszív fekete lyuk körül a csillagok elliptikus pályán keringenek, hasonlóan a bolygók Nap körüli pályáihoz. A pályán lévő csillag energiája az

E={\boldsymbol {v}}^{2}/2-GM/r,

ahol v a csillag sebessége, r a fekete lyuk távolsága és M a tömege. A csillagok energiája szinte állandó marad sok keringési perióduson keresztül. De körülbelül a relaxációs idő letelte után a magban lévő csillagok többsége energiát cserél más csillagokkal, miközben megváltoztatja a pálya paramétereit. Backall és Wolf [3] kimutatta, hogy ha energiacsere történik, akkor az energiaeloszlási függvény alakja van

N(E)\,dE=N_{0}|E|^{-9/4}dE,

ami a ρ = ρ 0 r −7/4 sűrűségnek felel meg . Az ábra azt mutatja, hogyan változik a csillagok sűrűsége. Egy teljesen kialakult csúcs [4] egy szupermasszív fekete lyuk befolyási sugarának körülbelül egyötödére terjed ki. Úgy gondolják, hogy a kis sűrű galaxisok magjában a relaxációs idő elég rövid ahhoz, hogy egy Bacalla-Wolf csúcs kialakuljon. [5]

Galaxis központja

Egy szupermasszív fekete lyuk befolyási sugara a Galaxis közepén körülbelül 2-3 parszek , és a Bacalla-Wolff csúcs (ha van) körülbelül 0,5 %-ra terjedne ki a fekete lyuktól. Egy ekkora terület a Földről modern megfigyelési technikákkal leválasztható. A megfigyelési adatok azonban nem erősítik meg a csúcs jelenlétét. A régi csillagok eloszlási sűrűsége laposnak tűnik, vagy akár csökkenőnek tűnik a Galaxis közepe felé. [6] [7] Ugyanakkor a megfigyelések nem zárják ki, hogy más komponensekben is van csúcspont. A jelenlegi megfigyelések azonban körülbelül 10 milliárd évre becsülik a relaxációs időt, ami összemérhető a Tejútrendszer korával. Következésképpen nem telhetett el elegendő idő a csúcs kialakulásához. [8] Vagy valamilyen folyamat eredményeként fényes csillagok összeomlhatnak egy szupermasszív fekete lyuk közelében.

Csücsök különböző tömegekhez

A Bacalla-Wolf megoldás egy azonos tömegű csillagokból álló magra alkalmazható. Ha a tömegek bizonyos határokon belül változnak, akkor minden komponensnek saját sűrűségi profilja lesz. Két határeset van. Ha nagyobb tömegű csillagok felelősek a sűrűség nagy részéért, akkor a nagy tömegű csillagok eloszlássűrűsége csúcspontos, a kis tömegű csillagok sűrűsége pedig ρ r −3/2 lesz . [9] Ha a sűrűséghez főként a kis tömegű csillagok járulnak hozzá, akkor sűrűségük a csúcsot követi, és a nagyobb tömegű csillagok a ρ r −2 eloszlást követik . [tíz] $\propto$ $\propto$

A régi csillagpopulációban a tömeg nagy részét 1-2 naptömegű fősorozatú csillagok és ~10-20 naptömegű csillagtömegű fekete lyukak alkotják. Valószínű, hogy a fősorozatú csillagok uralják a teljes sűrűséget, így sűrűségüknek egy csúcspontot kell követnie, a fekete lyukak eloszlása pedig élesebb ρ ~ r −2 alakot kell hogy kapjon . Másrészt azt feltételezték, hogy a galaktikus központban lévő csillagok tömegeloszlásában magas a nagy tömegű csillagok aránya, miközben a fekete lyukak aránya is nagy. [11] Ha ez a helyzet, akkor a megfigyelt csillagoknak laposabb ρ ~ r −3/2 sűrűségprofil jeleit kell mutatniuk . Azonban még a lapos profil is nyilvánvalóan összeegyeztethetetlen a megfigyelési adatokkal, ami arra enged következtetni, hogy a csücsökképződés valószínűsége kicsi. A Galaxis közepén található fekete lyukak száma és eloszlása azonban nagyon kevéssé ismert. $\lesssim$