Гравитационное рассеяние относится к процессу, посредством которого два или более небесных объекта взаимодействуют через свои гравитационные поля , заставляя их траектории изменяться. [1] Это явление является фундаментальным в астрофизике и изучении динамических систем. [1] Когда объекты, такие как звезды , планеты или черные дыры, проходят достаточно близко, чтобы повлиять на движения друг друга, их траектории могут резко измениться. [2] Эти взаимодействия обычно приводят либо к связанным системам , таким как двойные звездные системы , либо к несвязанным системам, где объекты продолжают разлетаться после взаимодействия. [3] Примером тела, выброшенного из планетной системы этим процессом, могут быть тела пояса Койпера, вытолкнутые из Солнечной системы Юпитером . [4]
События гравитационного рассеяния обычно изучаются с помощью моделирования и математических моделей взаимодействия гравитационного поля между телами. [1] [4] Одной из важных особенностей гравитационного рассеяния является эффект обмена энергией . [5] Например, высокоскоростной объект может передавать часть своей кинетической энергии более медленно движущемуся объекту, что приводит к эффекту рогатки . [6] Этот принцип используется в исследовании космоса для гравитационной помощи , когда космические аппараты получают импульс, проходя близко к планете. [6]
Наблюдение за гравитационным рассеянием позволило глубже понять многие астрофизические явления. [1] В плотных областях, таких как звездные скопления или ядра галактик , гравитационное рассеяние играет роль в формировании звезд и распределении звездных популяций. [7] Например, сверхскоростные звезды , которые выбрасываются из своих галактик, часто являются результатом гравитационного рассеяния с участием массивных объектов, таких как черные дыры. [3] В более экстремальных случаях тесное взаимодействие между компактными объектами, такими как черные дыры, может привести к излучению гравитационных волн , обнаруживаемых такими инструментами, как лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO). [8] [9]
Гравитационное рассеяние анализируется как с помощью ньютоновской механики , так и общей теории относительности , причем последняя необходима для систем с большой массой или скоростью. [10]
Гравитационное рассеяние может привести к изменению орбит или даже к тому, что небесные тела покинут свои родные планетные системы. [3] Возможный механизм, который может перемещать планеты на большие орбитальные радиусы, — это гравитационное рассеяние более крупными планетами или, в протопланетном диске , гравитационное рассеяние избыточной плотностью в жидкости диска. [11] В случае Солнечной системы , Уран и Нептун могли быть гравитационно рассеяны на более крупные орбиты из-за близких сближений с Юпитером и/или Сатурном . [8] [4] Системы экзопланет могут подвергаться аналогичным динамическим нестабильностям после рассеивания газового диска, которые изменяют их орбиты и в некоторых случаях приводят к выбросу планет или столкновению со звездой. [8] [4]
Планеты, рассеянные гравитационно, могут оказаться на сильно эксцентричных орбитах с перигелиями , близкими к звезде, что позволяет изменять их орбиты гравитационными приливами, которые они поднимают на звезде. [12] Эксцентриситеты и наклоны этих планет также возбуждаются во время этих столкновений, что дает одно из возможных объяснений наблюдаемого распределения эксцентриситета близко вращающихся экзопланет . [12] Получающиеся системы часто находятся вблизи пределов устойчивости. [13] Как и в модели Ниццы , системы экзопланет с внешним диском планетезималей также могут подвергаться динамической нестабильности после резонансных пересечений во время миграции, вызванной планетезималями. [4] [14] Эксцентриситеты и наклоны планет на далеких орбитах могут быть демпфированы динамическим трением с планетезималями, при этом конечные значения зависят от относительных масс диска и планет, которые имели гравитационные столкновения. [14]
В данной статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов правительства Соединенных Штатов .