红巨星与星系核喷流的碰撞 I：少数恒星轨道的三维流体动力学模型

已有多个模型被提出来解释银河系中心附近缺失的红巨星（RG）。最近，有研究提出了一种情景，预测红巨星在反复穿过银河系喷流时，其表面层会发生长期剥蚀（Zajač et al., 2020）。在本研究中，我们对这一现象进行了详细的三维数值模拟。我们计算了绕超大质量黑洞（SMBH）运行的红巨星在穿过核喷流时表面层的剥蚀率。具体而言，我们模拟了在较近轨道距离 $10^{-3}\,\text{pc}$ 下约 10 次穿越以及 $10^{-2}\,\text{pc}$ 下 2 次穿越的喷流-恒星相互作用。我们发现，喷流剥蚀导致的质量损失随时间变化为 $\Delta M_{\star}\propto \sqrt{t}$，在单个活动星系核（AGN）阶段（$10^5$ 年）内总剥蚀质量约为 $\sim 10^{-4}\,M_{\odot}$。对于相对较小的喷流光度 $10^{42}\,\text{erg}\,\text{s}^{-1}$，我们得到的恒星剥蚀率与之前的解析计算结果相似。对于更大的喷流光度 $10^{44}$ 和 $10^{48}\,\text{erg}\,\text{s}^{-1}$，从约 10 次相互作用推断出的剥蚀率以及外推的幂律拟合结果均显著低于解析值。总体而言，每次相互作用的剥蚀率以及喷流活动期间外推的累积质量损失与恒星风质量损失相当。对于最小轨道距离 $10^{-3}\,\text{pc}$，我们还追踪了恒星表面层的热行为，其温度在前 10 次穿越中从约 $3600\,{\rm K}$（光谱型 M）迅速升至约 $8500\,{\rm K}$（光谱型 A）。因此，红巨星-喷流相互作用可在喷流存在期间导致核恒星族发生可观测的变化。