致密旋转系统的动力学演化：第一篇. 两体相互作用效应

本文及其后续论文探讨了致密星际系统因两体引力相遇、物理碰撞和星演化所导致的演化。我们的目标是模拟像M32这样的星系核心，这类系统的星密度可达每立方太阳系质量约百万个太阳质量，可能潜在存在黑洞。这些系统的萨弗诺诺数（星际束缚能与平均星际动能之比无量纲参数）不同于星际簇，大幅增加了物理碰撞相对于引力相遇的重要性。本文仅关注引力相遇。我们首先表明，采用Hernquist树形代码进行的小N值模拟结果基本符合多年研究星际簇的成果。其次，我们粗略地研究了带质量分离的旋转系统中的核心坍缩，以区分纯粹由两体相遇引起的效应与后续论文中更复杂情形的区别。与之前研究一致，我们发现遵循Sarphke初始质量函数的系统会经历Spitzer质量分离不稳定性，迅速发生核心坍缩。所有旋转扭曲系统表现为随时间减小扭曲程度，符合Fokker-Planck计算结果。一个有趣的新发现涉及模拟器难以在碰撞性系统中识别静止中心的已知问题。我们发现位于核心中心的高质量恒星簇会以布朗运动方式在核心中游动。