Efectos relativistas en sistemas dinámicos estelares.

Tengo curiosidad, si alguien sabe de algún sistema / entorno dinámico estelar, donde los efectos relativistas podrían desempeñar un papel dinámico en el movimiento de estos sistemas estelares. Como una pregunta secundaria, ¿hay algún efecto débil importante, pero acumulativo fuerte conocido?

En otras palabras, cuándo pueden los efectos relativistas invalidar la aplicabilidad de los modelos N-Body / Coltzionless Boltzman / Gas / ... basados en la gravedad newtoniana.

De estos sistemas me gustaría excluir el caso más simple y conocido de binarios compactos.

general-relativity stellar-dynamics newtonian-gravity

— Alexey Bobrick
fuente

@Guillochon: para nuestro centro galáctico, las estrellas se acercan al agujero negro supermasivo a unas 1000 UA en el mejor de los casos, mientras que su radio gravitacional es apenas 1 UA. Definitivamente, uno no necesita más de una dinámica postnewtoniana de 1 orden para eso (si es que lo hace). Este es un efecto relativista, pero la teoría es esencialmente la de un campo tensor relativista especial. Sin embargo, tal vez, de hecho, para algunos agujeros negros más masivos en otras galaxias, los efectos pueden ser más pronunciados.

— Alexey Bobrick

@Guillochon, sin embargo, ¡gracias por tu respuesta! Estaría muy feliz de verlo un poco más justificado.

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Eso es para las estrellas del centro galáctico observadas , que son una pequeña fracción del total. E incluso entre las estrellas observadas, S2 puede mostrar cierta precesión detectable (a pesar de estar a muchos radios gravitacionales).

— Guillochon

Respuestas:

Los grupos estelares alrededor de los agujeros negros supermasivos son sistemas en los que la relatividad probablemente juega un papel. Actualmente, solo se pueden ver estrellas brillantes en nuestro propio centro galáctico porque hay una tonelada de gas neutro entre nosotros y el centro galáctico que lo oscurece. Como resultado, solo tenemos unas pocas "partículas de prueba" de las muchas estrellas que realmente orbitan el agujero negro a distancias cortas.

Sin embargo, medir la precesión relativista puede ser posible para una estrella con una de las distancias pericéntricas más cercanas conocidas a Sagitario A * (el agujero negro central en nuestra galaxia), S2 , potencialmente dentro de los próximos años una vez que se hayan recopilado suficientes datos.

En cuanto a cómo los efectos relativistas pueden afectar la dinámica del grupo, la precesión inducida por la relatividad general puede suprimir las interacciones resonantes, incluidas las resonancias de tres cuerpos como el Kozai . Dependiendo de si este tipo de resonancias son importantes en comparación con otros procesos de relajación, el tiempo de relajación puede aumentar significativamente, lo que resulta en que el grupo evolucione más lentamente con el tiempo. Esto puede afectar cosas como la tasa de segregación de masas , las interrupciones de las mareas y la producción de estrellas de hipervelocidad / S-estrellas .

— Guillochon
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Buena respuesta, gracias! ¿Podría dar una referencia o una estimación de algunas declaraciones cualitativas que hace: sobre la presencia de muchas estrellas más cercanas a 1000 UA para nuestro sistema, sobre la posibilidad de medir la precesión y el hecho de que las correcciones GR pueden ser relevantes para el mecanismo de Kozai. Además, ¿las interacciones de tres cuerpos de qué tipo se mencionan aquí? Binarios y estrellas de campo, binarios y SBH, o SBH + estrellas y estrellas de campo?

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Actualicé mi respuesta solo un poco para especificar que hay otras interacciones resonantes que pueden verse afectadas, pero agregaré más información más adelante.

— Guillochon

Estimado @Guillochon, ¿podría considerar extender su ya agradable respuesta a un formulario completo, para que yo pueda aceptarlo y los lectores puedan disfrutar de su hermosa integridad?

— Alexey Bobrick

Además de la respuesta de @ Guillochon, hay incluso una serie de pruebas relativistas generales en nuestro sistema solar, la más famosa es la precesión del perihelio de Mercurio .

En resumen, la ubicación del punto de aproximación más cercana al Sol (perihelio) para el planeta Mercurio es una cantidad cambiante. Esencialmente, dada una revolución completa, no traza una forma cerrada. La distancia que este punto se mueve por año juliano no se predice bien simplemente asumiendo que un sistema simple de 2 cuerpos evoluciona bajo la mecánica newtoniana (el Sol y Mercurio son estos dos cuerpos). Otras cosas que se tienen en cuenta son las influencias gravitacionales de otros planetas (lo más importante, Júpiter) en este sistema de 2 cuerpos, y el hecho de que el sol no tiene una forma perfectamente esférica (es un esferoide oblato ). Resulta que si incluye una corrección debido a GR, su precesión puede explicarse por completo.

La otra prueba notable de GR fue la desviación de la luz de una estrella por el Sol en un eclipse solar de 1919 , demostrando solo unos pocos años su formulación de que GR era una teoría viable.

— astromax
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Definitivamente es verdad. Pero me pregunto, entonces, ¿en qué sistemas la dinámica de precesión puede ser dinámicamente importante? De hecho, para Mercurio, la parte de GR es significativamente menor que otros efectos, que están causando la precesión.

— Alexey Bobrick

Bueno, es un orden de magnitud menor que las influencias gravitacionales de otros planetas. El punto es que todavía se requiere para predecir correctamente su movimiento. La respuesta simple es sistemas que son mucho más masivos (es decir, estrellas muy masivas o grupos de estrellas que orbitan estrechamente alrededor de los agujeros negros).

— astromax

Las estrellas que orbitan cerca de los agujeros negros tienden a interrumpirse. De hecho, los agujeros negros de masa estelar realmente no hacen que el efecto sea más fuerte para los compañeros estelares, aparte de ser más masivos que las estrellas típicas. Las estrellas no pueden acercarse más a estos agujeros negros de lo que serían capaces de un compañero normal. Sin embargo, para los agujeros negros supermasivos, el efecto posiblemente podría estar presente. Sin embargo, sería bueno esbozar y corroborar la importancia dinámica de los efectos de GR en este caso.

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick El tipo súper masivo está implícito en mi declaración anterior. Además, GR se vuelve increíblemente importante cuando los agujeros negros supermasivos orbitan uno alrededor del otro.

— astromax

Supongo que te refieres a los efectos de la radiación GW en la evolución binaria de SBH. La radiación GW en general en realidad podría ser una buena respuesta, aunque se trata de binarios. ¿O quieres decir algo más?

— Alexey Bobrick