Efekty relatywistyczne w gwiezdnych układach dynamicznych

14

Jestem ciekawy, czy ktoś zna jakieś gwiezdne układy / środowiska dynamiczne, w których efekty relatywistyczne mogłyby odgrywać dynamiczną rolę w ruchu tych układów gwiezdnych? Jako pytanie cząstkowe - czy są jakieś znane ważne słabe, ale skumulowane silne efekty?

Innymi słowy, kiedy efekty relatywistyczne mogą unieważnić zastosowanie modeli N-Body / Collisionless Boltzman / Gas / .. opartych na grawitacji newtonowskiej.

Z tych systemów chciałbym wykluczyć najprostszy dobrze znany przypadek kompaktowych plików binarnych.

general-relativity stellar-dynamics newtonian-gravity Alexey Bobrick
źródło
@ Guillochon: W naszym centrum galaktycznym gwiazdy zbliżają się do supermasywnej czarnej dziury co najwyżej około 1000 AA, podczas gdy jej promień grawitacyjny wynosi zaledwie 1 AA. Na pewno nie potrzeba do tego więcej niż 1-rzędowa dynamika postnewtonowska (jeśli w ogóle). Jest to efekt relatywistyczny, ale teoria jest zasadniczo teorią specjalnego relatywistycznego pola tensorowego. Chociaż może rzeczywiście w przypadku niektórych bardziej masywnych czarnych dziur w innych galaktykach efekty mogą być bardziej wyraźne.
Alexey Bobrick
@Guillochon, jednak dziękuję za odpowiedź! Byłbym bardzo szczęśliwy, widząc to trochę bardziej uzasadnione.
Alexey Bobrick
@AlexeyBobrick To dotyczy obserwowanych gwiazd centrum galaktyki, które stanowią niewielki ułamek całości. I nawet wśród obserwowanych gwiazd S2 może wykazywać pewną wykrywalną precesję (pomimo tego, że jest daleko od promieni grawitacyjnych).
Guillochon,

Odpowiedzi:

7

Gromady gwiezdne wokół supermasywnych czarnych dziur to układy, w których względność prawdopodobnie odgrywa pewną rolę. Obecnie tylko jasne gwiazdy można zobaczyć w naszym własnym centrum galaktycznym, ponieważ istnieje tona gazu neutralnego między nami a centrum galaktycznym, które je zasłania. W rezultacie mamy tylko kilka „cząstek testowych” spośród wielu gwiazd, które faktycznie krążą wokół czarnej dziury z niewielkiej odległości.

Niemniej jednak pomiar relatywistycznej precesji może być możliwy dla gwiazdy o jednej z najbliższych znanych odległości perycentrum do Strzelca A * (centralnej czarnej dziury w naszej galaktyce), S2 , potencjalnie w ciągu najbliższych kilku lat, po zebraniu wystarczającej ilości danych.

Jeśli chodzi o wpływ efektów relatywistycznych na dynamikę gromady, precesja wywołana ogólną teorią względności może tłumić interakcje rezonansowe, w tym rezonanse trzech ciał, takie jak Kozai . W zależności od tego, czy tego rodzaju rezonanse są ważne w porównaniu z innymi procesami relaksacji, czas relaksacji może znacznie wzrosnąć, powodując, że klaster ewoluuje z czasem wolniej. Może to wpływać na takie rzeczy, jak: wskaźnik segregacji masowej , pływowych zakłóceń i produkcji gwiazdek hiperszybkie / S gwiazd .

Gilosz
źródło
Dobra odpowiedź, dziękuję! Czy mógłbyś podać odniesienie lub oszacowanie do kilku stwierdzeń jakościowych, które złożyłeś: dotyczących obecności wielu gwiazd bliższych niż 1000 AU dla naszego układu, dotyczących możliwości pomiaru precesji oraz faktu, że korekcje GR mogą być istotne dla mechanizmu Kozai. Czy wspomniano tu także o interakcjach trzech ciał? Binaria i gwiazdy polne, binaria i SBH, czy SBH + gwiazdy i gwiazdy polowe?
Alexey Bobrick
1
@AlexeyBobrick tylko trochę zaktualizowałem swoją odpowiedź, aby określić, że istnieją inne interakcje rezonansowe, na które może mieć wpływ, ale dodam więcej informacji później.
Guillochon
Drogi @ Guillochon, czy mógłbyś rozważyć rozszerzenie swojej i tak miłej odpowiedzi na kompletny formularz, abym mógł ją zaakceptować, a czytelnicy mogli cieszyć się jej piękną kompletnością?
Alexey Bobrick
2

Dodając do odpowiedzi @ Guillochon, istnieje nawet wiele ogólnych testów relatywistycznych w naszym Układzie Słonecznym, z których najbardziej znanym jest precesja peryhelium Merkurego .

Krótko mówiąc, położenie punktu najbliższego Słońca (peryhelium) dla planety Merkury jest zmienną wielkością. Zasadniczo, biorąc pod uwagę jeden pełny obrót, nie wykrywa on zamkniętego kształtu. Odległość, jaką ten punkt przesuwa się w ciągu roku juliańskiego, nie jest dobrze przewidywana, zakładając po prostu prosty układ dwóch ciał ewoluujący pod wpływem mechaniki Newtona (Słońce i Merkury są tymi dwoma ciałami). Inne rzeczy, które są brane pod uwagę, to wpływy grawitacyjne innych planet (przede wszystkim Jowisza) na ten układ 2 ciał oraz fakt, że Słońce nie ma idealnie kulistego kształtu (jest to Sferoidy Oblate ). Okazuje się, że jeśli uwzględnisz korektę z powodu GR, jej precesję można całkowicie uwzględnić.

Innym ważnym testem GR było odchylenie światła od gwiazdy przez Słońce w zaćmieniu Słońca w 1919 r. , Co udowodniło zaledwie kilka lat, że GR jest realną teorią.

astromax
źródło
To zdecydowanie prawda. Zastanawiam się jednak, w których systemach precesja peryferyjna może być dynamicznie ważna? W rzeczywistości dla Merkurego część GR jest znacznie mniejsza niż inne efekty, które powodują precesję.
Alexey Bobrick
Jest to rząd wielkości mniejszy niż wpływy grawitacyjne innych planet. Chodzi o to, że nadal jest wymagane, aby poprawnie przewidzieć jego ruch. Prostą odpowiedzią są układy, które są znacznie bardziej masywne (tj. Bardzo masywne gwiazdy lub gromady gwiazd krążące wokół czarnych dziur).
astromax,
Gwiazdy krążące blisko czarnych dziur mają tendencję do zakłócania. W rzeczywistości czarne dziury o masie gwiazdowej tak naprawdę nie wzmacniają tego efektu dla towarzyszy gwiezdnych, poza tym, że są bardziej masywne niż typowe gwiazdy. Gwiazdy nie mogą zbliżyć się do tych czarnych dziur w porównaniu z normalnym towarzyszem. Jednak w przypadku supermasywnych czarnych dziur efekt może być obecny. Byłoby jednak miło nakreślić i uzasadnić dynamiczne znaczenie efektów GR w tym przypadku.
Alexey Bobrick
@AlexeyBobrick Super masywny rodzaj jest sugerowany w moim poprzednim oświadczeniu. Ponadto GR staje się niezwykle ważny, gdy super masywne czarne dziury krążą wokół siebie.
astromax
1
Myślę, że masz na myśli wpływ promieniowania GW na binarną ewolucję SBH. Ogólnie rzecz biorąc, promieniowanie GW może być dobrą odpowiedzią, choć dotyczy binariów. Czy masz na myśli coś innego?
Alexey Bobrick