星系核中的恒星盘与中等质量黑洞 – 一。各向同性恒星势中的盘碎裂

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：Stellar discs and intermediate-mass black holes in galactic nuclei – I. Fragmenting the disc in an isotropic stellar potential

　　

摘要

银心年轻大质量恒星复杂轨道结构的起源仍是一个悬而未决的问题。如果这些恒星是从一个气体吸积盘中通过单一过程形成的，它们最初可能构成了一个单一的一致旋转的恒星盘。我们研究一个未被观测到的中等质量黑洞（IMBH）的扰动是否可能将这样的盘碎裂和/或破坏成今天观测到的多个轨道成分。首先，我们推导了一个理论判据，用于确定 IMBH 的力矩何时何地克服盘的自力矩并将其撕裂。随后，我们通过直接 N 体模拟来检验这一图景，模拟内容为中心超大质量黑洞周围一个恒星盘与倾斜 IMBH 的相互作用。我们发现结果强烈依赖于 IMBH 的轨道和质量。顺行 IMBH 会迅速与恒星盘对齐，而大质量的逆行 IMBH（m_• ? 0.67?M_d）相对于径向重叠的恒星呈反平行状态，并将原始盘有效地碎裂成角动量空间中的三个成分：一个内盘、一个不对齐的重叠区域和一个未受扰动的 外盘。IMBH 还会激发重叠区域的偏心率，驱赶恒星偏离初始的圆形轨道。在 IMBH 质量为 2000?⊙、盘质量为 3000?⊙ 的情况下，这些特征在 10–20?Myr 内显现，这一时间尺度与年轻银心恒星种群的年龄相当，并为观测到的多个轨道平面、扭曲几何结构以及宽偏心率分布提供了合理的解释。