Моделирование столкновений шарового звездного скопления с массивными объектами с применением полуаналитической двутельной регуляризацией в задаче N тел

Моделирование столкновений шарового звездного скопления с массивными объектами с применением полуаналитической двутельной регуляризацией в задаче N тел И.Н.Витка1, К.В.Лежнин1, С.В.Соловьев1, С.А. Чернягин1 1Московский физико-технический институт (государственный университет) Решение задачи многих тел в создаваемом ими гравитационном поле имеет большое значение для астрофизических приложений. Именно задача многих тел является основополагающей при решении различных задач звездной динамики, динамики и эволюции звездных скоплений, галактик и галактических скоплений. Как известно, задача многих тел не имеет точного решения, если число тел превышает 2. Рост числа тел ведет к существенному увеличению требований к вычислительным ресурсам [1]. Известно множество подходов к решению задачи многих тел: прямое интегрирование дифференциальных уравнений движения, решение уравнения Больцмана методом Монте-Карло, Фоккер-Планковское моделирование и т. д. В рамках первого метода одной из характерных проблем является моделирование близких прохождений тел с возможностью образования гравитационно-связных кратных систем [2]. Метод преодоления вычислительных трудностей, связанных с моделированием близких прохождений и образованием тесных пар, рассматривается в данной работе. В рассмотренном подходе к решению гравитационной задачи N тел для столкновительных систем использовался метод прямого решения системы дифференциальных уравнений методом Эрмита вкупе с двухслойной схемой Амада-Коэна, см. [1]. Временной шаг интегрирования при таком подходе обычно вычисляют по эмпирической формуле С.Арсетта [1]. Особое внимание в моделировании столкновительной динамики уделяется регуляризации близких прохождений [2]. Для решения данной проблемы часто используют т.н. KS-регуляризацию [2], устраняющую особенность в уравнениях движения. Авторами предлагается иной подход для обработки близких прохождений – метод основанный на переходе к переменным действия для Ньютоновой задачи двух тел [3]. С применением предложенного метода в настоящей работе производится численное моделирование столкновений шаровых скоплений с точечными массивными объектами (черными дырами) средних масс в 1000-10000 масс солнца В результате проведенного моделирования выявлены и качественно рассмотрены эффекты происходящие при таких столкновениях, такие как эффект отдачи при столкновении одиночного массивного объекта со скоплением и разрушение скопления при столкновении с тесной парой массивных объектов. Одновременно с этим проверялась эффективность предложенного метода интегрирования в применении к объектам с сильным различием масс. Предложенный метод подтвердил свою эффективность и точность интегрирования для любых масс объектов и их соотношений. Работа выполнена при поддержке РФФИ в рамках проекта № 15-02-03063