主序星的潮汐撕裂——I. 可观测量及其对恒星与黑洞质量的依赖
高能天体物理现象
2020-12-02 v3 星系天体物理
太阳与恒星天体物理
摘要
本文引出一系列论文，旨在提出主序星被超大质量黑洞潮汐撕裂的定量理论。利用全广义相对论流体动力学模拟与MESA模型初始条件，我们探讨了八种恒星质量（0.15 ≤ M_*/M_⊙ ≤ 10）与六种黑洞质量（10^5 ≤ M_BH/M_⊙ ≤ 5 × 10^7）下潮汐撕裂性质对近心点的依赖。我们在此展示与观测最相关的结果。内部恒星结构与相对论效应对于撕裂截面和碎屑的特征能量宽度均解耦。此外，对于M_*/M_⊙ ≲ 3，全撕裂截面几乎与M_*无关。与牛顿预言相比，相对论效应使全撕裂的临界近心距至多增大因子~3。直接俘获的概率也与M_*无关；在M_BH/M_⊙ ≃ 5 × 10^6时，该概率等于完全撕裂的概率。碎屑能量分布宽度ΔE可偏离标准估计0.35至2倍，取决于M_*与M_BH，意味着特征质量返回时标相应改变。“冻结近似”与ΔE不一致，质量损失在很长时标内持续。我们给出适于事件率估计与参数推断的解析形式以描述所有这些趋势。对于部分撕裂，我们发现恒星角动量与剩余M_*比例之间存在近乎普适的关系。在“空损失锥” regime内，部分撕裂必先于完全撕裂发生。这些部分撕裂会剧烈影响后续总撕裂的率与表象。
引用
@article{arxiv.2001.03501,
title = {Tidal Disruptions of Main Sequence Stars -- I. Observable Quantities and their Dependence on Stellar and Black Hole Mass},
author = {Taeho Ryu and Julian Krolik and Tsvi Piran and Scott C. Noble},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.03501},
year = {2020}
}
备注
15 pages, 8 figures, accepted for publication in ApJ, Supersedes arXiv:1907.08205