质量层化

质量层化是天文学中被引力束缚系统中的一种动力学过程，例如星团或星系团，倾向于大质量的天体移动到中心，而较轻的天体分布在外层。当星团中的两个物体靠近时，会彼此交换能量和动量。虽然，能量的交换可以是任意方向的，但是在过程上，两个物体的动能倾向于均衡，这种统计的现象称为均分，是类似于预期的气体分子的动能在给定的温度下都是相同的事实。由于动能正比于质量和速度的平方，要均分动能，低质量的天体就需要比较快速的移动速度。因此，质量越大的成员，其轨道往往越低（即轨道越接近集团的质量中心），同时质量越轻的成员倾向于上升至越高的轨道。星团中成员的动能大致均衡所需要的时间称为该集团的弛豫时间。假设能量是经由两个物体的交互作用下进行交换，在Binney & Tremaine的教科书中提出弛豫时间的近似尺度是：此处 N {displaystyle N} 是集团中恒星的数量， t c r o s s {displaystyle t_{mathrm {cross} }} 是一颗恒星跨越集团的典型时间。在半径10秒差距，拥有10万颗恒星的球状星团中，典型的时间尺度大约是一亿年。在星团中，大质量恒星的层化比低质量恒星更快。时间尺度的近似可以使用莱曼·史匹哲发展，只有两个质量体（ m 1 {displaystyle m_{1}} 和 m 2 {displaystyle m_{2}} ）的玩具模型来推导。在这样的情况下，质量较大的（质量 m 1 {displaystyle m_{1}} ）层化时间为有人使用哈伯太空望远镜研究球状星团杜鹃座47分离在外层区域的白矮星。初发质量层化在星团中的质量分布是不均匀的构造。星团的初发质量层化参数是维里化的程度和星团年龄的时间尺度。然而，相较于二体交互作用，有几种动力学的机制被认为可以加速维里化。在恒星形成区经常可以观察到O型星优先位于年轻星团的中心。在弛豫之后，一些低质量成员的速度会大于群体的逃逸速度，结果是这些成员会从群体中遗失。这个过程称为蒸发。（类似于解释一些行星损失大气层中质量较轻的气体，例如地球上均分后的氢和氦。这些足够轻的气体在大气层的顶端将超过地球上的逃逸速度，因此会丢失。）经由蒸发，多数的疏散星团最终会消散，这一现象呈现在现存的疏散星团都很年轻的事实上。球状星团显得更为紧密，似乎能更为持久。银河系的弛豫时间大约是10兆年，几乎是银河系现在年龄的1,000倍。因此，在我们的星系中观察到的质量层化现象几乎完全是初发的。