Дефицит массы

Эта статья о дефиците массы в галактиках. Общие сведения о дефиците массы см. В разделе Энергия связи § Соотношение массы и энергии. Для дефицита массы в атомных ядрах см. Энергия связи ядра § Дефект массы.

Дефицит масс является количество массы (в звездах), который был удален из центра галактики, предположительно действие двоичной сверхмассивной черной дыры.

На рисунке показано, как измеряется дефицит массы с использованием наблюдаемого профиля яркости галактики.

В большинстве галактик плотность звезд увеличивается к центру. В малых галактиках это увеличение продолжается до самого центра. В больших галактиках обычно есть «ядро», область около центра, где плотность постоянна или медленно растет. Размер ядра - «радиус ядра» - может составлять несколько сотен парсеков в больших эллиптических галактиках. Наибольшие наблюдаемые звездные ядра достигают в радиусе от 3,2 до 5,7 килопарсеков.

Считается, что ядра образуются двойными сверхмассивными черными дырами (СМЧД). Двойные сверхмассивные чёрные дыры образуются при слиянии двух галактик. Если звезда проходит мимо массивной двойной системы, она будет выброшена в результате процесса, называемого гравитационной рогаткой. Этот выброс продолжается до тех пор, пока не будет удалено большинство звезд около центра галактики. В результате получается ядро ​​с низкой плотностью. Такие ядра повсеместно встречаются в гигантских эллиптических галактиках.

Дефицит массы определяется как количество массы, которое было удалено при создании ядра. Математически дефицит массы определяется как

${\ displaystyle M _ {\ mathrm {def}} = 4 \ pi \ int _ {0} ^ {R_ {c}} \ left [\ rho _ {i} (r) - \ rho (r) \ right] r ^ {2} dr}$,

где ρ i - исходная плотность, ρ - наблюдаемая плотность, а R c - радиус ядра. На практике для количественной оценки дефицита можно использовать модель ядра-Серсика.

Наблюдаемый дефицит массы обычно находится в диапазоне от одного до нескольких раз больше массы центральной сверхмассивной черной дыры, а наблюдаемые радиусы ядра сопоставимы с радиусами влияния центральной сверхмассивной черной дыры. Эти свойства согласуются с тем, что предсказывается в теоретических моделях формирования ядра, и подтверждают гипотезу о том, что все яркие галактики когда-то содержали двойные сверхмассивные ЧД в своих центрах.

Неизвестно, содержит ли большинство галактик массивные двойные системы или две черные дыры слились воедино. Обе возможности согласуются с наличием дефицита массы.

• Феррарезе Л. и Мерритт Д. (2002). Сверхмассивные черные дыры. Physics World, июнь 2002 г., стр. 41.