Effets relativistes dans les systèmes dynamiques stellaires

Je suis curieux, si quelqu'un connaît des systèmes / environnements dynamiques stellaires, où les effets relativistes pourraient jouer un rôle dynamique sur le mouvement de ces systèmes stellaires? En tant que sous-question - y a-t-il des effets connus importants faibles, mais cumulativement forts?

En d'autres termes, quand des effets relativistes peuvent-ils invalider l'applicabilité des modèles N-Body / Collisionless Boltzman / Gas / .. basés sur la gravité newtonienne.

De ces systèmes, je voudrais exclure le cas le plus simple et bien connu des binaires compacts.

general-relativity stellar-dynamics newtonian-gravity

— Alexey Bobrick
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@Guillochon: Pour notre centre galactique, les étoiles approchent le trou noir supermassif à environ 1000AU au mieux, alors que son rayon gravitationnel est à peine de 1AU. On n'a certainement pas besoin de plus d'une dynamique post-newtonienne d'ordre 1 pour cela (voire pas du tout). Il s'agit d'un effet relativiste, mais la théorie est essentiellement celle d'un champ tensoriel relativiste spécial. Bien que, peut-être, en effet, pour certains trous noirs plus massifs dans d'autres galaxies, les effets puissent être plus prononcés.

— Alexey Bobrick

@Guillochon, néanmoins, merci pour votre réponse! Je serais très heureux de le voir un peu plus étayé.

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick C'est pour les étoiles centrales galactiques observées , qui sont une petite fraction du total. Et même parmi les étoiles observées, S2 peut montrer une certaine précession détectable (bien qu'il y ait de nombreux rayons gravitationnels éloignés).

— Guillochon

Réponses:

Les amas stellaires autour des trous noirs supermassifs sont des systèmes dans lesquels la relativité joue probablement un rôle. Actuellement, seules les étoiles brillantes peuvent être vues dans notre propre centre galactique car il y a une tonne de gaz neutre entre nous et le centre galactique qui l'obscurcit. Par conséquent, nous ne disposons que de quelques «particules d'essai» parmi les nombreuses étoiles qui orbitent réellement autour du trou noir à de courtes distances.

Néanmoins, la mesure de la précession relativiste peut être possible pour une étoile avec l'une des distances de péricentre connues les plus proches du Sagittaire A * (le trou noir central de notre galaxie), S2 , potentiellement dans les prochaines années une fois que suffisamment de données auront été collectées.

Quant à la façon dont les effets relativistes peuvent affecter la dynamique de l'amas, la précession induite par la relativité générale peut supprimer les interactions résonantes, y compris les résonances à trois corps telles que le Kozai . Selon que ces types de résonances sont importants par rapport à d'autres processus de relaxation, le temps de relaxation peut augmenter de manière significative, entraînant une évolution plus lente du cluster au fil du temps. Cela peut affecter des choses telles que le taux de ségrégation de masse , les perturbations de marée , et la production d' étoiles hypervitesses / S-étoiles .

— Guillochon
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Belle réponse, merci! Pourriez-vous donner une référence ou une estimation à quelques déclarations qualitatives que vous faites: concernant la présence de nombreuses étoiles plus proches que 1000 AU pour notre système, concernant la possibilité de mesurer la précession et le fait, que les corrections GR peuvent être pertinentes pour le mécanisme de Kozai. De plus, quelles interactions à trois corps sont mentionnées ici? Binaires et étoiles de champ, binaires et SBH, ou étoiles SBH + et étoiles de champ?

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick J'ai mis à jour ma réponse un peu seulement pour spécifier qu'il y a d'autres interactions résonnantes qui peuvent être affectées, mais j'ajouterai plus d'informations plus tard.

— Guillochon

Cher @Guillochon, pourriez-vous envisager d'étendre votre réponse déjà agréable à un formulaire complet, afin que je puisse l'accepter et que les lecteurs puissent apprécier sa belle exhaustivité?

— Alexey Bobrick

Pour compléter la réponse de @ Guillochon, il existe même un certain nombre de tests relativistes généraux dans notre système solaire, le plus célèbre étant la précession du périhélie de Mercure .

En bref, l'emplacement du point d'approche le plus proche du Soleil (périhélie) pour la planète Mercure est une quantité changeante. Essentiellement, étant donné une révolution complète, il ne trace pas une forme fermée. La distance parcourue par ce point par année julienne n'est pas bien prédite en supposant simplement un simple système à 2 corps évoluant sous la mécanique newtonienne (le Soleil et Mercure étant ces deux corps). D'autres facteurs qui sont pris en compte sont les influences gravitationnelles d'autres planètes (surtout Jupiter) sur ce système à 2 corps, et le fait que le soleil n'est pas de forme parfaitement sphérique (c'est un sphéroïde oblat ). Il s'avère que si vous incluez une correction due à GR, sa précession peut être entièrement prise en compte.

L'autre test notable du GR était la déviation de la lumière d'une étoile par le Soleil dans une éclipse solaire de 1919 , prouvant seulement quelques années sa formulation que le GR était une théorie viable.

— astromax
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C'est vraiment vrai. Mais je me demande alors, dans quels systèmes la précession du périhélie pourrait-elle être dynamiquement importante? En fait, pour Mercury, la partie GR est beaucoup plus petite que les autres effets, qui sont à l'origine de la précession.

— Alexey Bobrick

Eh bien, c'est un ordre de grandeur plus petit que les influences gravitationnelles des autres planètes. Le fait est qu'il est toujours nécessaire de prédire correctement son mouvement. La réponse simple est des systèmes beaucoup plus massifs (c'est-à-dire des étoiles très massives ou des amas d'étoiles en orbite étroite autour des trous noirs).

— astromax

Les étoiles en orbite près des trous noirs ont tendance à être perturbées. En fait, les trous noirs de masse stellaire ne rendent pas vraiment l'effet plus fort pour les compagnons stellaires en plus d'être plus massifs que les étoiles typiques. Les étoiles ne peuvent pas se rapprocher de ces trous noirs qu'elles ne le pourraient pour un compagnon normal. Pour les trous noirs supermassifs, cependant, l'effet pourrait éventuellement être présent. Cependant, il serait bon de souligner et de justifier l'importance dynamique des effets GR dans ce cas.

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Le genre super massif est impliqué dans ma déclaration précédente. En outre, GR devient incroyablement important lorsque des trous noirs super massifs tournent autour les uns des autres.

— astromax

Je suppose que vous voulez dire les effets du rayonnement GW sur l'évolution binaire des SBH. Le rayonnement GW en général pourrait en fait être une bonne réponse, bien qu'il s'agisse de binaires. Ou voulez-vous dire autre chose?

— Alexey Bobrick