En astronomía , la segregación de masa dinámica 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 del centro.
Durante un encuentro cercano entre dos miembros del cúmulo, estos intercambian energía y momento . Aunque la energía puede intercambiarse 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 denomina equipartición y es similar al hecho de que la energía cinética esperada de las moléculas de un gas sea la misma a una temperatura dada.
Como 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 cúmulo se muevan más rápido. Los miembros más masivos tenderán, por lo tanto, 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. En el libro de texto de Binney y Tremaine [1] se aproxima una escala de tiempo de relajación que supone que se intercambia energía a través de interacciones entre dos cuerpos como
donde es el número de estrellas en el cúmulo y es el tiempo típico que tarda una estrella en cruzar el cúmulo. Esto es del orden de 100 millones de años para un cúmulo globular típico con un radio de 10 parsecs que consta de 100 mil estrellas. Las estrellas más masivas en un cúmulo pueden segregarse más rápidamente que las estrellas menos masivas. Esta escala de tiempo se puede aproximar utilizando un modelo de juguete desarrollado por Lyman Spitzer de un cúmulo donde las estrellas solo 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 una segregación externa de enanas blancas en el cúmulo globular 47 Tucanae . [2]
La segregación de masa primordial es una distribución no uniforme de las masas presentes en el momento de la formación de un cúmulo. El argumento de que un cúmulo estelar está segregado por masa primordial suele basarse 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 se ubican 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 hace 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 superarán la velocidad de escape del planeta y se perderán).
La mayoría de los cúmulos abiertos acaban disipándose por evaporación , 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 lo tanto, cualquier segregación de masa observada en nuestra galaxia debe ser casi enteramente primordial. [ cita requerida ]
