힐스 메커니즘(Hills Mechanism)

힐스 메커니즘(Hils Mechanism)이란, 블랙홀이 쌍성 시스템을 파괴하여 한 항성을 높은 속도로 방출하고 다른 항성을 블랙홀 궤도에 강하게 묶이게 만드는 이론적 개념이다.

---

조석 반경(Tidal Radius)

조석 반경이란, 어떤 천체가 이 조석력을 받기 시작하는 반지름 을 의미한다. 다음과 같은 수식을 정의된다:

$$R_t \sim a \left(\frac{M_{\text{BH}}}{M_{\text{binary}}}\right)^{1/3}$$

• \(a\): 쌍성의 간격(항성 간 거리)
• \(M_{\text{binary}}\): 쌍성의 질량 합 \(m_1 + m_2\)
• \(M_{\text{BH}}\): 블랙홀 질량
  

힐스 메커니즘이 일어나는 과정

1. 어떠한 이유로 쌍성 시스템이 블랙홀의 조석 반경 안으로 들어온다.
2. 블랙홀의 강한 조석력(tidal force)에 의해 쌍성 시스템이 붕괴한다.
3. 이 과정에서 쌍성 중 하나는 초고속 항성(Hypervelocity, HVS)이 되어 매우 높은 속도로 방출된다.
   1. 보통 이때의 HVS 속도는 \(v \sim 10^3 - 10^4\)km/s 범위를 가진다.
4. 남은 항성은 블랙홀에 의해 중력적으로 포획되어, 매우 긴 타원 궤도로 들어간다.
5. 포획된 항성이 블랙홀을 주기적으로 근접 통과하면, 항성의 외부 물질이 반복적으로 블랙홀에 의해 뜯겨 나갈 수 있다.

• 여기서 보통 블랙홀의 질량은 초대질량블랙홀급의 질량에 해당한다.

TMI

1. 힐스 메커니즘은 궁수자리 \(A^*\)의 S-star 형성 과정으로 추측 중이다.
2. HVS의 궤적을 역추적하면 은하 중심 블랙홀의 질량, 위치등에 대해서 물리적인 제약을 줄 수 있다.