Relativistische Effekte in dynamischen Sternensystemen

Ich bin neugierig, ob irgendjemand von dynamischen Sternsystemen / Umgebungen weiß, wo relativistische Effekte eine dynamische Rolle bei der Bewegung dieser Sternsysteme spielen könnten. Gibt es als Unterfrage wichtige schwache, aber kumulativ starke Effekte?

Mit anderen Worten, wann können relativistische Effekte die Anwendbarkeit von N-Body / Collisionless Boltzman / Gas / ..-Modellen auf der Basis der Newtonschen Schwerkraft ungültig machen?

Von diesen Systemen möchte ich den einfachsten bekannten Fall kompakter Binärdateien ausschließen.

general-relativity stellar-dynamics newtonian-gravity

— Alexey Bobrick
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@Guillochon: Für unser galaktisches Zentrum nähern sich die Sterne dem supermassiven Schwarzen Loch bestenfalls mit 1000AU, während sein Gravitationsradius kaum 1AU beträgt. Dazu braucht man (wenn überhaupt) definitiv nicht mehr als eine postnewtonsche Dynamik 1 Ordnung. Dies ist ein relativistischer Effekt, aber die Theorie ist im Wesentlichen die eines speziellen relativistischen Tensorfeldes. Vielleicht sind die Auswirkungen bei einigen massereicheren Schwarzen Löchern in anderen Galaxien sogar noch ausgeprägter.

— Alexey Bobrick

@Guillochon, trotzdem danke für deine antwort! Ich würde mich sehr freuen, wenn es etwas fundierter wäre.

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Das ist für die beobachteten Sterne im galaktischen Zentrum, die einen kleinen Teil der Gesamtmenge ausmachen . Und selbst unter den beobachteten Sternen kann S2 eine nachweisbare Präzession aufweisen (obwohl viele Gravitationsradien entfernt sind).

— Guillochon

Antworten:

Sternhaufen um supermassive Schwarze Löcher sind Systeme, in denen die Relativitätstheorie wahrscheinlich eine Rolle spielt. Gegenwärtig sind in unserem eigenen galaktischen Zentrum nur helle Sterne zu sehen, da sich zwischen uns und dem galaktischen Zentrum, das es verdeckt, eine Tonne neutrales Gas befindet. Infolgedessen haben wir nur ein paar "Testpartikel" aus den vielen Sternen, die das Schwarze Loch tatsächlich in geringem Abstand umkreisen.

Nichtsdestotrotz könnte die Messung einer relativistischen Präzession für einen Stern mit einem der bekanntesten Perizentrenabstände zu Schütze A * (dem zentralen Schwarzen Loch in unserer Galaxie), S2 , möglicherweise innerhalb der nächsten Jahre möglich sein, sobald genügend Daten gesammelt wurden.

Inwieweit sich relativistische Effekte auf die Dynamik des Clusters auswirken können, kann die durch die allgemeine Relativitätstheorie induzierte Präzession resonante Wechselwirkungen, einschließlich Dreikörperresonanzen wie der Kozai, unterdrücken . Abhängig davon, ob diese Art von Resonanzen im Vergleich zu anderen Relaxationsprozessen wichtig ist, kann sich die Relaxationszeit erheblich verlängern, was dazu führt, dass sich der Cluster mit der Zeit langsamer entwickelt. Dies kann sich auf Dinge wie die Geschwindigkeit der Massentrennung , Gezeitenstörungen und die Produktion von Hypervelocity-Sternen / S-Sternen auswirken .

— Guillochon
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Schöne Antwort, danke! Könnten Sie einen Hinweis oder eine Schätzung auf einige qualitative Aussagen geben, die Sie machen: in Bezug auf das Vorhandensein vieler Sterne, die näher als 1000 AE für unser System sind, in Bezug auf die Möglichkeit der Präzessionsmessung und die Tatsache, dass GR-Korrekturen für den Kozai-Mechanismus relevant sein können. Auch Drei-Körper-Wechselwirkungen, von denen hier die Rede ist? Binärdateien und Feldsterne, Binärdateien und SBH oder SBH + Stern- und Feldsterne?

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Ich habe meine Antwort nur ein wenig aktualisiert, um anzugeben, dass andere resonante Wechselwirkungen betroffen sein könnten, aber ich werde später weitere Informationen hinzufügen.

— Guillochon

Lieber @Guillochon, könnten Sie in Betracht ziehen, Ihre bereits nette Antwort auf ein vollständiges Formular zu erweitern, damit ich sie annehmen und die Leser ihre wunderschöne Vollständigkeit genießen können?

— Alexey Bobrick

Zur Antwort von @ Guillochon kommt noch eine Reihe allgemeiner relativistischer Tests in unserem Sonnensystem hinzu, von denen der berühmteste die Präzession des Perihels des Merkur ist .

Kurz gesagt, die Position des Punktes, an dem sich die Sonne (Perihel) dem Planeten Merkur am nächsten nähert, ist eine sich ändernde Größe. Bei einer vollen Umdrehung ist im Wesentlichen keine geschlossene Form erkennbar. Die Entfernung, um die sich dieser Punkt pro julianisches Jahr bewegt, lässt sich nicht gut voraussagen, wenn man einfach ein einfaches 2-Körper-System annimmt, das sich unter der Newtonschen Mechanik entwickelt (Sonne und Merkur sind diese beiden Körper). Andere Dinge, die berücksichtigt werden, sind die Gravitationseinflüsse anderer Planeten (vor allem Jupiter) auf dieses 2-Körper-System und die Tatsache, dass die Sonne nicht perfekt kugelförmig ist (es ist ein Oblatensphäroid ). Es stellt sich heraus, dass, wenn Sie eine Korrektur aufgrund von GR hinzufügen, deren Präzession vollständig berücksichtigt werden kann.

Der andere bemerkenswerte GR-Test war die Ablenkung des Lichts eines Sterns durch die Sonne bei einer Sonnenfinsternis von 1919 , was beweist, dass GR eine brauchbare Theorie ist.

— Astromax
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Es ist definitiv wahr. Aber ich frage mich dann, in welchen Systemen die Perihellionspräzession dynamisch wichtig sein könnte? Tatsächlich ist der GR-Anteil von Quecksilber erheblich geringer als bei anderen Effekten, die die Präzession verursachen.

— Alexey Bobrick

Nun, es ist eine Größenordnung kleiner als die Gravitationseinflüsse anderer Planeten. Der Punkt ist, dass es immer noch erforderlich ist , seine Bewegung korrekt vorherzusagen. Die einfache Antwort sind Systeme, die viel massereicher sind (dh sehr massive Sterne oder Sternhaufen, die eng um Schwarze Löcher kreisen).

— Astromax

Sterne, die in der Nähe von Schwarzen Löchern umkreisen, neigen dazu, gestört zu werden. Tatsächlich machen Schwarze Löcher mit Sternenmasse den Effekt für Sternbegleiter nicht wirklich stärker, abgesehen davon, dass sie massereicher sind als typische Sterne. Die Sterne können diesen Schwarzen Löchern nicht näher kommen, als dies für einen normalen Begleiter möglich wäre. Bei supermassiven Schwarzen Löchern könnte der Effekt jedoch möglicherweise vorhanden sein. Es wäre jedoch schön, die dynamische Bedeutung von GR-Effekten in diesem Fall zu skizzieren und zu begründen.

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Die super massive Art ist in meiner vorherigen Aussage impliziert. Außerdem wird GR unglaublich wichtig, wenn supermassive Schwarze Löcher umeinander kreisen.

— Astromax

Ich vermute, Sie meinen GW-Strahlungseffekte auf die binäre Evolution von SBHs. GW-Strahlung im Allgemeinen könnte tatsächlich eine gute Antwort sein, obwohl es sich um Binärdateien handelt. Oder meinst du etwas anderes?

— Alexey Bobrick