Релятивистские эффекты в звездных динамических системах

Мне любопытно, если кто-нибудь знает о каких-либо звездных динамических системах / средах, где релятивистские эффекты могут играть динамическую роль в движении этих звездных систем? В качестве подвопроса - есть ли известные важные слабые, но совокупно сильные эффекты?

Другими словами, когда релятивистские эффекты могут лишить законной силы применимость моделей N-Body / Collisionless Boltzman / Gas / .., основанных на ньютоновской гравитации.

Из этих систем я хотел бы исключить простейший из известных случаев компактных двоичных файлов.

general-relativity stellar-dynamics newtonian-gravity

— Алексей Бобрик
источник

@ Guillochon: Для нашего галактического центра звезды приближаются к сверхмассивной черной дыре в лучшем случае около 1000 AU, тогда как ее гравитационный радиус составляет всего 1 AU. Для этого определенно не нужна постньютоновская динамика более 1-го порядка (если она вообще есть). Это релятивистский эффект, но в сущности, это теория специального релятивистского тензорного поля. Хотя, возможно, действительно для некоторых более массивных черных дыр в других галактиках эффекты могут быть более выраженными.

— Алексей Бобрик

@Guillochon, тем не менее, спасибо за ваш ответ! Я был бы очень рад видеть это более приукрашенным.

— Алексей Бобрик

@AlexeyBobrick Это для наблюдаемых звезд центра галактики, которые составляют небольшую долю от общего количества. И даже среди наблюдаемых звезд S2 может демонстрировать некоторую обнаруживаемую прецессию (несмотря на то, что он находится на расстоянии многих радиусов гравитации).

— Гильошон

Ответы:

Звездные скопления вокруг сверхмассивных черных дыр - это системы, в которых относительность, вероятно, играет роль. В настоящее время в нашем собственном галактическом центре можно увидеть только яркие звезды, потому что между нами и галактическим центром находится тонна нейтрального газа, который заслоняет его. В результате у нас есть только несколько «пробных частиц» из множества звезд, которые фактически вращаются вокруг черной дыры на близких расстояниях.

Тем не менее, измерение релятивистской прецессии может быть возможным для звезды с одним из ближайших известных перицентровых расстояний до Стрельца A * (центральной черной дыры в нашей галактике), S2 , возможно, в течение следующих нескольких лет, как только будет собрано достаточно данных.

Что касается того, как релятивистские эффекты могут влиять на динамику кластера, прецессия, вызванная общей теорией относительности, может подавлять резонансные взаимодействия, включая резонансы трех тел, такие как Козай . В зависимости от того, важны ли эти виды резонансов по сравнению с другими процессами релаксации, время релаксации может значительно увеличиться, что приведет к более медленному развитию кластера с течением времени. Это может повлиять на такие вещи, как скорость сегрегации массы , периодические сбои и производство гиперскоростных звезд / S-звезд .

— Guillochon
источник

Хороший ответ, спасибо! Не могли бы вы дать ссылку или оценку нескольким качественным утверждениям, которые вы делаете: относительно наличия многих звезд ближе 1000 а.е. для нашей системы, относительно возможности измерения прецессии и того факта, что поправки GR могут иметь отношение к механизму Козаи. Кроме того, взаимодействия трех тел какого рода упоминаются здесь? Двоичные и полевые звезды, двоичные и SBH, или SBH + звездные и полевые звезды?

— Алексей Бобрик

@AlexeyBobrick Я немного обновил свой ответ, чтобы указать, что есть другие резонансные взаимодействия, которые могут быть затронуты, но я добавлю еще немного информации позже.

— Гильошон

Уважаемый @Guillochon, не могли бы вы расширить свой и без того хороший ответ до полной формы, чтобы я мог принять его, и читатели могли наслаждаться его прекрасной полнотой?

— Алексей Бобрик

В дополнение к ответу @ Guillochon в нашей солнечной системе есть даже ряд общих релятивистских тестов , наиболее известным из которых является прецессия перигелия Меркурия .

Короче говоря, местоположение точки ближайшего к Солнцу (перигелия) для планеты Меркурий является изменяющейся величиной. По сути, при одном полном обороте он не обнаруживает замкнутой формы. Расстояние, которое эта точка перемещает за юлианский год, не вполне предсказуемо, просто предполагая простую систему из двух тел, развивающуюся в соответствии с ньютоновской механикой (Солнце и Меркурий являются этими двумя телами). Другие вещи, которые принимаются во внимание, это гравитационное влияние других планет (наиболее важно, Юпитера) на эту систему из двух тел, а также тот факт, что Солнце не имеет совершенно сферической формы (это сплющенный сфероид ). Оказывается, если вы включите поправку из-за GR, ее прецессия может быть полностью учтена.

Другим заметным тестом GR было отклонение света от звезды Солнцем в солнечном затмении 1919 года , доказавшее всего лишь несколько лет, что формулировка GR была жизнеспособной теорией.

— astromax
источник

Это определенно правда. Но мне интересно, в каких системах прецессия перикелий может быть динамически важной? На самом деле, для ртути часть GR значительно меньше других эффектов, которые вызывают прецессию.

— Алексей Бобрик,

Ну, это на порядок меньше, чем гравитационные влияния других планет. Дело в том, что по-прежнему необходимо правильно прогнозировать его движение. Простой ответ - системы, которые намного более массивны (то есть очень массивные звезды или скопления звезд, вращающиеся вокруг черных дыр).

— astromax

Звезды, вращающиеся вблизи черных дыр, имеют тенденцию разрушаться. Фактически, черные дыры звездной массы на самом деле не делают эффект более сильным для звездных спутников, кроме того, что они более массивны, чем типичные звезды. Звезды не могут подойти ближе к этим черным дырам, чем они могли бы сделать для нормального спутника. Однако для сверхмассивных черных дыр эффект может присутствовать. Однако было бы неплохо обрисовать в общих чертах и обосновать динамическую важность эффектов GR в этом случае.

— Алексей Бобрик

@AlexeyBobrick Сверхмассивный вид подразумевается в моем предыдущем утверждении. Кроме того, GR становится невероятно важным, когда сверхмассивные черные дыры вращаются вокруг друг друга.

— astromax

Я предполагаю, что вы имеете в виду влияние излучения GW на бинарную эволюцию SBH. GW-излучение в целом может быть хорошим ответом, хотя речь идет о двоичных файлах. Или ты имеешь в виду что-то еще?

— Алексей Бобрик