天体力学与引力
二体弛豫
星团中的恒星几乎从不真正相撞——太空实在太空旷了。但在极漫长的时间里,恒星擦身而过时彼此施加的无数微小引力推动,会缓慢地把它们的轨道重新洗牌,就像一副牌被一次次极轻的弹动慢慢洗匀。这种由累积的近距相遇对恒星运动造成的渐进搅乱,就是二体弛豫。
两颗恒星每次擦身只把彼此略微偏折,单次经过几乎无关紧要。但把数量极其庞大的这种温柔引力拉扯加起来,一颗恒星的速度便被随机改向、能量被上下微调,直到星团慢慢忘却它原来的轨道,趋向一个更热化的、平衡的速度分布。这件事生效的特征时间叫弛豫时间,对典型球状星团是几亿到几十亿年——很长,但短于星团的年龄,所以弛豫已有时间起作用。
弛豫驱动着致密恒星系统的缓慢演化。它倾向于在恒星间分享能量(趋向能量均分)、让重恒星下沉而轻恒星上升(质量分层),并逐渐把最快的恒星从星团边缘蒸发掉。推到极端,它会产生「引力热坍缩」,即星团核心的失控收缩。相比之下,星系如此庞大,弛豫时间超过宇宙年龄——它们实际上是「无碰撞的」,这正是星系与球状星团沿截然不同的路径演化的原因。
在球状星团的数十亿年间,二体弛豫让它最重的恒星沉向拥挤的中心,并把它最快的恒星甩出边缘之外,在星团形成很久之后仍缓慢重塑着它。
星团通过无数温柔的引力相遇,缓慢地重排自身。
这里的「二体」指成对恒星之间的相遇,并非可解的二体轨道;而「弛豫」也不是平静下来的意思——它指系统失去对初始条件的记忆,漂向一种统计平衡。
又称
另见