Truncated γ-exponential models for multi-mass systems

Abstract

Los modelos γ-exponenciales se propusieron previamente como un intento fenomenológico para caracterizar las propiedades de los sistemas estelares durante la evolución cuasi estacionaria bajo la incidencia de la evaporación: por ejemplo, cúmulos globulares. Estos modelos representan una familia paramétrica de distribuciones que unifican perfiles con núcleos isotérmicos y halos politrópicos, proporcionando así una generalización adecuada para varios modelos disponibles en la literatura. Comenzamos nuestra discusión revisando algunos resultados sobre el caso de sistemas de una sola masa. En particular, enfatizamos que estos modelos predicen la existencia de un nuevo tipo de fenómeno colectivo: el colapso gravitational asintótico. Esta inestabilidad gravitacional difiere del colapso gravotérmico normal (por ejemplo, el asociado con el modelo isotérmico) porque su aparición requiere que el sistema libere una cantidad infinita de energía. Posteriormente analizamos cómo la presencia de un espectro de masas modifica la termodinámica de estos modelos, en particular, la aparición de fenómenos colectivos. Si bien la descripción teórica concierne a cualquier sistema de múltiples masas, nuestro estudio computacional aborda el caso más simple: el sistema de dos componentes. Este análisis permite una comprensión importante sobre la termodinámica de los sistemas estelares bajo la incidencia simultánea de la evaporación y los efectos de segregación de masa. Para los modelos actuales, el incremento de los efectos de segregación de masa no afecta la interrupción de la evaporación del sistema, pero favorece la aparición del colapso gravitacional, por ejemplo: tiende a reducir el intervalo de estabilidad de la energía al aumentar el límite inferior de energía crítica para la aparición de este fenómeno. Los casos extremos aparecen bajo ciertas condiciones, donde el colapso gravotérmico cambia su carácter de asintótico a normal.

The γ-exponential models were previously proposed as a phenomenological attempt to characterize the properties of stellar systems with a quasi-stationary evolution under the incidence evaporation: e.g.: globular clusters. They represent a parametric family of distributions that unify profiles with isothermal cores and polytropic haloes, thus providing a suitable generalization for several models available in the literature. We start our discussion revisiting some results concerning the case of single-mass systems. In particular, we emphasized that these models predict the existence of a new type of collective phenomenon: the asymptotic gravothermal collapse. This gravitational instability differs from the normal gravothermal collapse (e.g.: the one associated with isothermal model) because its occurrence requires that the system releases an infinite amount of energy. Afterwards, we analyze how the presence of a mass spectrum modifies the thermodynamics of these models, in particular, the occurrence of collective phenomena. Although the theoretical description concerns to any multimass system, our computational study addresses the simplest case: the bi-component system. This analysis allows a major understanding about the thermodynamics of stellar systems under the simultaneous incidence of the evaporation and the mass-segregation effects. For the present models, the growth of mass-segregation effects does not affect the system evaporation disruption but favors the occurrence of gravothermal collapse, e.g.: it tends to reduce the energy interval of stability by increasing the lower bound critical energy for the occurrence of this phenomenon. Extreme cases appear under certain conditions, where gravothermal collapse changes its character from asymptotic to normal.