Perturbed stellar motion in dense star clusters

Abstract

Star clusters are thought to be the birthplaces of stars as well as the building blocks of galaxies. They typically consist of thousands to millions of stars bound together by self-gravity. These systems evolve on the scale of Myr to Gyr, there- fore, it is impossible for us to see any change in their global evolution even within hundreds of human lifetimes. Although the equations of motion of stars in a star cluster are simple New- tonian, it is impossible to predict precisely history of any star within them to any point in the future. Therefore, we may either compare the observations of different star clusters at different age, we may invent theoretical approaches and analytical predictions, or we must follow their evolution numerically (e.g. with direct N-body integrators) which is the main focus of my research and this thesis. First, we follow the evolution of star clusters in general while coming up with a novel method to estimate their characteristic timescale (i.e. the time of core collapse) based on global parameters. The core collapse is directly linked to the formation of hard binary stars, thus, we focus on their analysis as well. We also follow several recent observational results: (i) ALMA observations of the Serpens South star-forming region indicate that star clusters are born mass...

Hvězdokupy jsou považovány za místa, kde se rodí hvězdy, a za stavební kameny galaxií. Skládají se obvykle z tisíců až milionů hvězd, které jsou pospolu držené svou vlastní gravitací. Tyto soustavy hvězd se vyvíjejí na škálách milionů až miliard roků, takže je nemožné pozorovat jejich celkový vývoj přímo ani po stovky lidských generací. Navzdory tomu, že chování hvězd uvnitř hvězdokup lze popsat jen Newtonový- mi pohybovými rovnicemi, nemůžeme nikdy předpovědět jejich přesné dráhy do budoucnosti. Proto nám nezbývá než porovnávat pozorování hvězdokup v různých stádiích vývoje, vymýšlet teoretické postupy a analytické odhady, nebo použít ke zkoumání hvězdokup numerické metody (např. přímý N-částicový integrátor), což je také hlavním zaměřením mého výzkumu a této práce. Nejprve jsme se zaměřili na vývoj hvězdokup obecně, přičemž jsme přišli s novou metodou, jak odhadnout jejich charakteristický čas vývoje (tj. čas ko- lapsu jádra) na základě globálních parametrů. Kolaps jádra je přímo spojen s tvorbou silně vázaných dvojhvězd, takže jsme se věnovali i jejich studiu. Také jsme navázali na několik nedávných výsledků pozorování: (i) Data z rodící se hvězdokupy v mlhovině Serpens South (v souhvězdí Hada), získaná na observatoři ALMA, ukazují, že se hvězdy ve hvězdokupách rodí zcela hmotnostně uspořádané,...