Efeitos relativísticos em sistemas dinâmicos estelares

Estou curioso, se alguém conhece algum sistema / ambiente dinâmico estelar, onde efeitos relativísticos podem desempenhar um papel dinâmico no movimento desses sistemas estelares? Como uma subquestão - existem efeitos fracos importantes importantes, mas cumulativamente fortes?

Em outras palavras, quando os efeitos relativísticos podem invalidar a aplicabilidade dos modelos N-Body / Collisionless Boltzman / Gas / .. com base na gravidade newtoniana.

Desses sistemas, gostaria de excluir o caso mais simples e bem conhecido de binários compactos.

general-relativity stellar-dynamics newtonian-gravity

— Alexey Bobrick
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@ Guillochon: Para o nosso centro galáctico, as estrelas se aproximam do buraco negro supermassivo em cerca de 1000 UA, enquanto seu raio gravitacional é de apenas 1 UA. Definitivamente, não é necessário mais do que uma dinâmica pós-newtoniana de uma ordem para isso (se é que existe). Este é um efeito relativístico, mas a teoria é essencialmente a de um campo tensor relativístico especial. Embora, talvez, de fato, para alguns buracos negros mais massivos em outras galáxias, os efeitos possam ser mais pronunciados.

— Alexey Bobrick 26/09

@ Guochochon, no entanto, obrigado pela sua resposta! Eu ficaria muito feliz em vê-lo um pouco mais substanciado.

— Alexey Bobrick 26/09

@AlexeyBobrick Isso é para as estrelas do centro galáctico observadas , que são uma pequena fração do total. E mesmo entre as estrelas observadas, S2 pode mostrar alguma precessão detectável (apesar de estar a muitos raios gravitacionais de distância).

— 26513 Guillochon

Respostas:

Aglomerados estelares em torno de buracos negros supermassivos são sistemas nos quais a relatividade provavelmente desempenha um papel. Atualmente, apenas estrelas brilhantes podem ser vistas em nosso próprio centro galáctico, porque há uma tonelada de gás neutro entre nós e o centro galáctico que o obscurece. Como resultado, temos apenas algumas "partículas de teste" dentre as muitas estrelas que realmente orbitam o buraco negro a distâncias próximas.

No entanto, medir a precessão relativística pode ser possível para uma estrela com uma das distâncias pericêntricas mais próximas de Sagitário A * (o buraco negro central em nossa galáxia), S2 , potencialmente nos próximos anos após a coleta de dados suficientes.

Quanto a como os efeitos relativísticos podem afetar a dinâmica do aglomerado, a precessão induzida pela relatividade geral pode suprimir interações ressonantes, incluindo ressonâncias de três corpos, como o Kozai . Dependendo se esses tipos de ressonância são importantes em comparação com outros processos de relaxamento, o tempo de relaxamento pode aumentar significativamente, resultando no cluster evoluindo mais lentamente ao longo do tempo. Isso pode afetar coisas como a taxa de segregação em massa , perturbações das marés e produção de estrelas de hipervelocidade / estrelas-S .

— Guillochon
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Boa resposta, obrigado! Você poderia fornecer uma referência ou estimativa para algumas afirmações qualitativas que você faz: sobre a presença de muitas estrelas perto de 1000 UA para o nosso sistema, sobre a possibilidade de medir a precessão e o fato de que as correções de GR podem ser relevantes para o mecanismo de Kozai. Além disso, interações de três corpos de que tipo são mencionadas aqui? Binários e estrelas de campo, binários e SBH ou SBH + estrelas e estrelas de campo?

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Atualizei minha resposta apenas um pouco para especificar que existem outras interações ressonantes que podem ser afetadas, mas adicionarei mais algumas informações posteriormente.

— Guillochon

Caro @Guillochon, você poderia estender sua resposta já agradável a um formulário completo, para que eu pudesse aceitá-la e os leitores pudessem desfrutar de sua bela completude?

— Alexey Bobrick #

Adicionando à resposta de @ Guillochon, existem até vários testes relativísticos gerais em nosso sistema solar, sendo o mais famoso o precessão do periélio de Mercúrio .

Em suma, a localização do ponto de aproximação mais próxima do Sol (periélio) para o planeta Mercúrio é uma quantidade variável. Essencialmente, dada uma revolução completa, ela não traça uma forma fechada. A distância que esse ponto se move por ano juliano não é bem prevista simplesmente assumindo que um sistema simples de dois corpos evolua sob a mecânica newtoniana (o Sol e Mercúrio são esses dois corpos). Outras coisas que são levadas em consideração são as influências gravitacionais de outros planetas (principalmente Júpiter) nesse sistema de dois corpos e o fato de o sol não ter uma forma perfeitamente esférica (é uma esferóide oblato ). Acontece que, se você incluir uma correção devido ao GR, sua precessão poderá ser completamente contabilizada.

O outro teste de GR notável foi a deflexão da luz de uma estrela pelo Sol em um eclipse solar de 1919 , provando apenas alguns anos sua formulação de que GR era uma teoria viável.

— astromax
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Definitivamente é verdade. Mas eu me pergunto então, em quais sistemas a precessão do periélio poderia ser dinamicamente importante? De fato, para Mercúrio, a parte GR é significativamente menor que outros efeitos, que estão causando a precessão.

— Alexey Bobrick 25/10

Bem, é uma ordem de magnitude menor que as influências gravitacionais de outros planetas. O ponto é que ainda é necessário prever corretamente seu movimento. A resposta simples são sistemas que são muito mais massivos (ou seja, estrelas muito massivas ou aglomerados de estrelas orbitando estreitamente em torno de buracos negros).

— Astromax # 25/13

Estrelas que orbitam perto de buracos negros tendem a ser interrompidas. De fato, buracos negros de massa estelar não tornam o efeito mais forte para companheiros estelares, além de serem mais massivos que as estrelas típicas. As estrelas não podem se aproximar mais desses buracos negros do que poderiam para um companheiro normal. Para buracos negros supermassivos, o efeito pode estar presente. No entanto, seria bom delinear e substanciar a importância dinâmica dos efeitos de GR neste caso.

— Alexey Bobrick 25/10

@AlexeyBobrick O tipo super maciço está implícito na minha declaração anterior. Além disso, o GR se torna incrivelmente importante quando buracos negros super maciços orbitam um ao outro.

— astromax

Eu acho que você quer dizer efeitos da radiação GW na evolução binária dos SBHs. A radiação GW em geral, na verdade, pode ser uma boa resposta, embora seja sobre binários. Ou você quer dizer outra coisa?

— Alexey Bobrick 25/10