نقص الكتلة (علم الفلك)

يوضح الشكل كيفية قياس نقص الكتلة، وذلك باستخدام ملف تعريف السطوع المرصود للمجرة.

نقص الكتلة هو مقدار الكتلة النجمية التي تمت إزالتها من وسط المجرة، ويفترض أن يحدث ذلك بسبب وجود ثقب أسود ثنائي ذو كتلة كبيرة جدًا.

تزداد كثافة النجوم كلما اتجهنا باتجاه المركز في معظم المجرات. تستمر هذه الزيادة في الوسط. يوجد غالبا في المجرات الكبيرة نواة وهي منطقة بالقرب من المركز حيث تكون الكثافة فيها ثابتة أو ترتفع ببطء. يمكن أن يكون حجم النواة (نصف قطرها) عدة فراسخ فلكية في المجرات الإهليلجية الكبيرة.^[1][2] يصل نصف قطر أكبر النوى النجمية المرصودة من 3.2 إلى 5.7 ألف فرسخ فلكي.^[3][4][5]

ويعتقد أن النوى تنتج عن الثقوب السوداء فائقة الكتلة (SMBHs). تتشكل الثقوب السوداء الثنائية فائقة الكتلة أثناء اندماج مجرتين.^[6] إذا مر نجم بالقرب من هذا الثنائي سيتم إخراجه من خلال عملية تسمى المقلاع الجاذبيّ. يستمر هذا القذف حتى تتم إزالة معظم النجوم القريبة من مركز المجرة. والنتيجة هي نواة منخفضة الكثافة. توجد هذه النوى في كل مكان في المجرات الإهليلجية العملاقة.

يعرف نقص الكتلة^[7] بأنه مقدار الكتلة التي أزيلت في تكوين المركز. ويمثل رياضيا كالتالي:

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

حيث ρi هي الكثافة الأصلية، ρ هي الكثافة المرئية، و Rc هو نصف قطر المركز. يمكن استخدام هذا النموذج بشكل عملي للمساعدة في تحديد حجم نقص الكتلة.^[8]

عادةً ما يكون نقص الكتلة المرصود ضمن مجال يتراوح بين ضعف إلى عدة اضعاف كتلة الثقب الأسود المركزية،^[9] ونصف قطر الدائرة المرصودة يماثل نصف قطر تأثير الثقب الأسود المركزي. تتوافق هذه الخصائص مع ما هو متوقع في النماذج النظرية للتكوين الأساسي ^[10] وتقدم بعض الدعم للفرضية القائلة بأن جميع المجرات المضيئة كانت تحتوي على ثقوب سوداء ثنائية هائلة الكتلة في مراكزها.

لا يُعرف ما إذا كانت معظم المجرات لا تزال تحتوي على ثقوب ثنائية ضخمة، أو ما إذا كان هذان الثقبان الأسودان قد اندمجا. تؤيد كل الاحتمالات حدوث نقص الكتلة.

المراجع

1. Ferrarese، Laura؛ وآخرون (2007). "The Inner Workings of Early-Type Galaxies: Cores, Nuclei and Supermassive Black Holes". في Karas، Vladimir؛ Matt، Giorgio (المحررون). Black Holes: from Stars to Galaxies. مطبعة جامعة كامبريدج. ص. 261–268. ISBN:978-0-521-86347-6.
2. Dullo, Bililign T.; Graham, Alister W. (2014) Depleted cores, multicomponent fits, and structural parameter relations for luminous early-type galaxies نسخة محفوظة 29 يونيو 2019 على موقع واي باك مشين.
3. Postman، M.؛ Lauer، T. R.؛ Donahue، M.؛ Graves، G.؛ Coe، D.؛ Moustakas، J.؛ Koekemoer، A.؛ Bradley، L.؛ Ford، H. C.؛ Grillo، C.؛ Zitrin، A.؛ Lemze، D.؛ Broadhurst، T.؛ Moustakas، L.؛ Ascaso، B.؛ Medezinski، E.؛ Kelson، D. (2012). "A Brightest Cluster Galaxy with an Extremely Large Flat Core". المجلة الفيزيائية الفلكية. ج. 756 ع. 2: 159. arXiv:1205.3839. Bibcode:2012ApJ...756..159P. DOI:10.1088/0004-637X/756/2/159.
4. Bonfini، P.؛ Graham، A. W. (2016). "The Quest for the Largest Depleted Galaxy Core: Supermassive Black Hole Binaries and Stalled Infalling Satellites". المجلة الفيزيائية الفلكية. ج. 829 ع. 2: 81. arXiv:1610.00801. Bibcode:2016ApJ...829...81B. DOI:10.3847/0004-637X/829/2/81.
5. López-Cruz، O.؛ Añorve، C.؛ Birkinshaw، M.؛ Worrall، D. M.؛ Ibarra-Medel، H. J.؛ Barkhouse، W. A.؛ Torres-Papaqui، J. P.؛ Motta، V. (2014). "The Brightest Cluster Galaxy in A85: The Largest Core Known So Far". The Astrophysical Journal Letters. ج. 795 ع. 2: L31. arXiv:1405.7758. Bibcode:2014ApJ...795L..31L. DOI:10.1088/2041-8205/795/2/L31.
6. Begelman، M. C.؛ وآخرون (1980)، "Massive black hole binaries in active galactic nuclei"، Nature، ج. 287، ص. 307–309، Bibcode:1980Natur.287..307B، DOI:10.1038/287307a0
7. Milosavljevic، Milos؛ Merritt، David؛ Rest، Armin؛ van den Bosch، Frank (2002)، "Galaxy cores as relics of black hole mergers"، Monthly Notices of the Royal Astronomical Society، ج. 331، ص. L51–L55، arXiv:astro-ph/0110185، Bibcode:2002MNRAS.331L..51M، DOI:10.1046/j.1365-8711.2002.05436.x
8. Graham، Alister (2004)، "Core Depletion from Coalescing Supermassive Black Holes"، The Astrophysical Journal Letters، ج. 613، ص. L33–L36، arXiv:astro-ph/0503177، Bibcode:2004ApJ...613L..33G، DOI:10.1086/424928، مؤرشف من الأصل في 2019-12-15
9. Merritt، David (2013). Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei. Princeton, NJ: دار نشر جامعة برنستون. ISBN:9781400846122. مؤرشف من الأصل في 2019-12-05.
10. Merritt، David (2006)، "Mass Deficits, Stalling Radii, and the Merger Histories of Elliptical Galaxies"، The Astrophysical Journal، ج. 648، ص. 976–986، arXiv:astro-ph/0603439، Bibcode:2006ApJ...648..976M، DOI:10.1086/506139، مؤرشف من الأصل في 2019-12-15