En astronomía , la segregación dinámica de masa es el proceso por el cual los miembros más pesados de un sistema ligado gravitacionalmente, como un cúmulo de estrellas , tienden a moverse hacia el centro, mientras que los miembros más ligeros tienden a alejarse más del centro.
Durante un encuentro cercano de dos miembros del grupo, los miembros intercambian energía e impulso . Aunque la energía se puede intercambiar en cualquier dirección, existe una tendencia estadística a que la energía cinética de los dos miembros se iguale durante un encuentro; Este fenómeno estadístico se llama equipartición y es similar al hecho de que la energía cinética esperada de las moléculas de un gas es todas iguales a una temperatura determinada.
Dado que la energía cinética es proporcional a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad, la equipartición requiere que los miembros menos masivos de un grupo se muevan más rápido. Por tanto, los miembros más masivos tenderán a hundirse en órbitas más bajas (es decir, órbitas más cercanas al centro del cúmulo), mientras que los miembros menos masivos tenderán a ascender a órbitas más altas.
El tiempo que tardan las energías cinéticas de los miembros del cúmulo en igualarse aproximadamente se denomina tiempo de relajación del cúmulo. Binney & Tremaine [1] aproximaron una escala de tiempo de relajación que supone que la energía se intercambia a través de interacciones entre dos cuerpos como
donde es el número de estrellas en el cúmulo y es el tiempo típico que le toma a una estrella cruzar el cúmulo. Esto es del orden de 100 millones de años para un cúmulo globular típico con un radio de 10 pársecs y formado por 100.000 estrellas. Las estrellas más masivas de un cúmulo pueden segregarse más rápidamente que las estrellas menos masivas. Esta escala de tiempo puede aproximarse utilizando un modelo de juguete desarrollado por Lyman Spitzer de un cúmulo donde las estrellas sólo tienen dos masas posibles ( y ). En este caso, las estrellas más masivas (masa ) se segregarán en el tiempo
En un estudio del HST de la región se observó segregación hacia afuera de enanas blancas en el cúmulo globular 47 Tucanae . [2]
La segregación de masas primordial es una distribución no uniforme de masas presentes en la formación de un grupo. El argumento de que un cúmulo de estrellas está primordialmente segregado en masa se basa típicamente en una comparación de las escalas de tiempo de virialización y la edad del cúmulo. Sin embargo, se han examinado varios mecanismos dinámicos para acelerar la virialización en comparación con las interacciones de dos cuerpos. [4] En las regiones de formación estelar, a menudo se observa que las estrellas de tipo O están ubicadas preferentemente en el centro de un cúmulo joven.
Después de la relajación, la velocidad de algunos miembros de baja masa puede ser mayor que la velocidad de escape del cúmulo, lo que da como resultado que estos miembros se pierdan en el cúmulo. Este proceso se llama evaporación . (Un fenómeno similar explica la pérdida de gases más ligeros de un planeta, como el hidrógeno y el helio de la Tierra; después de la equipartición, algunas moléculas de gases suficientemente ligeros en la parte superior de la atmósfera excederán la velocidad de escape del planeta y se perderán. )
A través de la evaporación, la mayoría de los cúmulos abiertos eventualmente se disipan, como lo indica el hecho de que la mayoría de los cúmulos abiertos existentes son bastante jóvenes. Los cúmulos globulares , al estar más estrechamente unidos, parecen ser más duraderos.
El tiempo de relajación de la Vía Láctea es de aproximadamente 10 billones de años, del orden de mil veces la edad de la propia galaxia. Por tanto, cualquier segregación de masas observada en nuestra galaxia debe ser casi en su totalidad primordial. [ cita necesaria ]
