Effetti relativistici nei sistemi dinamici stellari

Sono curioso, se qualcuno conosce dei sistemi / ambienti dinamici stellari, dove gli effetti relativistici potrebbero svolgere un ruolo dinamico sul moto di questi sistemi stellari? Come domanda secondaria: sono noti effetti importanti deboli, ma cumulativamente forti?

In altre parole, quando gli effetti relativistici possono invalidare l'applicabilità dei modelli N-Body / Collisionless Boltzman / Gas / .. basati sulla gravità newtoniana.

Da questi sistemi vorrei escludere il caso più semplice e ben noto di binari compatti.

general-relativity stellar-dynamics newtonian-gravity

— Alexey Bobrick
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@Guillochon: per il nostro centro galattico, le stelle si avvicinano al buco nero supermassiccio al massimo a circa 1000 UA, mentre il suo raggio gravitazionale è appena 1 UA. Uno sicuramente non ha bisogno di più di una dinamica postnewtoniana di questo ordine (se non del tutto). Questo è un effetto relativistico, ma la teoria è essenzialmente quella di uno speciale campo tensore relativistico. Sebbene, forse, in effetti per alcuni buchi neri più massicci in altre galassie gli effetti potrebbero essere più pronunciati.

— Alexey Bobrick,

@Guillochon, tuttavia, grazie per la tua risposta! Sarei molto felice di vederlo un po 'più substanciato.

— Alexey Bobrick,

@AlexeyBobrick Questo è per le stelle del centro galattico osservate , che sono una piccola frazione del totale. E anche tra le stelle osservate, S2 può mostrare una precessione rilevabile (nonostante sia lontano molti raggi gravitazionali).

— Guillochon,

Risposte:

I cluster stellari attorno ai buchi neri supermassicci sono sistemi in cui la relatività probabilmente gioca un ruolo. Attualmente, nel nostro centro galattico sono visibili solo stelle luminose perché c'è una tonnellata di gas neutro tra noi e il centro galattico che lo oscura. Di conseguenza, abbiamo solo poche "particelle di prova" tra le molte stelle che orbitano effettivamente intorno al buco nero a distanza ravvicinata.

Tuttavia, misurare la precessione relativistica può essere possibile per una stella con una delle distanze del pericentro più vicine conosciute al Sagittario A * (il buco nero centrale nella nostra galassia), S2 , potenzialmente entro pochi anni una volta che saranno stati raccolti dati sufficienti.

Quanto a come gli effetti relativistici possono influenzare la dinamica del cluster, la precessione indotta dalla relatività generale può sopprimere le interazioni risonanti, comprese le risonanze a tre corpi come il Kozai . A seconda che questi tipi di risonanze siano importanti rispetto ad altri processi di rilassamento, il tempo di rilassamento può aumentare in modo significativo, con il risultato che l'ammasso si evolve più lentamente nel tempo. Ciò può influire su fattori quali il tasso di segregazione di massa , le interruzioni delle maree e la produzione di stelle / stelle a S ipervelocità .

— Guillochon
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Bella risposta, grazie! Potresti dare un riferimento o una stima ad alcune affermazioni qualitative che fai: riguardo alla presenza di molte stelle più vicine di 1000 UA per il nostro sistema, riguardo alla possibilità di misurare la precessione e al fatto che le correzioni GR possono essere rilevanti per il meccanismo di Kozai. Inoltre, le interazioni a tre corpi di quale tipo sono menzionate qui? Binari e stelle di campo, binari e SBH o SBH + stelle e stelle di campo?

— Alexey Bobrick,

@AlexeyBobrick Ho aggiornato la mia risposta solo un po 'per specificare che ci sono altre interazioni risonanti che potrebbero essere interessate, ma aggiungerò altre informazioni in seguito.

— Guillochon,

Caro @Guillochon, potresti prendere in considerazione di estendere la tua già bella risposta a un modulo completo, in modo che io possa accettarlo e che i lettori possano godere della sua meravigliosa completezza?

— Alexey Bobrick,

Aggiungendo alla risposta di @ Guillochon, ci sono anche una serie di prove relativistiche generali nel nostro sistema solare, la più famosa è la precessione del perielio di Mercurio .

In breve, la posizione del punto di approccio più vicino al Sole (perielio) per il pianeta Mercurio è una quantità variabile. In sostanza, data una rivoluzione completa, non traccia una forma chiusa. La distanza percorsa da questo punto per anno giuliano non è ben prevista semplicemente supponendo che un semplice sistema a 2 corpi si evolva sotto la meccanica newtoniana (il Sole e Mercurio sono questi due corpi). Altre cose che vengono prese in considerazione sono le influenze gravitazionali di altri pianeti (soprattutto Giove) su questo sistema a 2 corpi e il fatto che il sole non ha una forma perfettamente sferica (è uno sferoide oblato ). Si scopre che se si include una correzione dovuta a GR, la sua precessione può essere completamente contabilizzata.

L'altro notevole test del GR fu la deflessione della luce da una stella da parte del Sole in un'eclissi solare del 1919 , dimostrando solo pochi anni la sua formulazione che il GR era una teoria praticabile.

— astromax
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È sicuramente vero. Ma mi chiedo allora, in quali sistemi la precessione della perihellion potrebbe essere dinamicamente importante? Infatti, per Mercury la parte GR è significativamente più piccola di altri effetti, che stanno causando la precessione.

— Alexey Bobrick,

Bene, è un ordine di grandezza più piccolo delle influenze gravitazionali di altri pianeti. Il punto è che è ancora necessario prevederne correttamente il movimento. La risposta semplice è sistemi che sono molto più massicci (cioè stelle o ammassi di stelle molto massicci in orbita attorno ai buchi neri).

— astromax,

Le stelle in orbita vicino ai buchi neri tendono a essere distrutte. In realtà, i buchi neri di massa stellare non rendono l'effetto più forte per i compagni stellari oltre ad essere più massicci delle stelle tipiche. Le stelle non possono avvicinarsi a questi buchi neri di quanto sarebbero in grado di fare per un normale compagno. Per buchi neri supermassicci, tuttavia, l'effetto potrebbe essere presente. Tuttavia, sarebbe bello delineare e comprovare l'importanza dinamica degli effetti GR in questo caso.

— Alexey Bobrick,

@AlexeyBobrick Il tipo super massiccio è implicito nella mia precedente dichiarazione. Inoltre, GR diventa incredibilmente importante quando i buchi neri super massicci orbitano l'uno attorno all'altro.

— astromax,

Immagino che intendi gli effetti delle radiazioni GW sull'evoluzione binaria degli SBH. Le radiazioni GW in generale potrebbero effettivamente essere una buona risposta, anche se si tratta di binari. O intendi qualcos'altro?

— Alexey Bobrick,