stringtranslate.com

Гравитационное рассеяние

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]

Наблюдение гравитационного рассеяния

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]

Воздействие гравитационного рассеяния

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]

Смотрите также

Ссылки

Общественное достояние В данной статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов правительства Соединенных Штатов .

  1. ^ abcd "Gravitational Dynamics". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Архивировано из оригинала 2024-05-25 . Получено 2024-09-02 .
  2. ^ "Основы космических полетов, Глава 3: Гравитация и механика". NASA . Архивировано из оригинала 2024-04-19 . Получено 2024-09-02 .
  3. ^ abc "Hyperfast Star Was Booted From Milky Way". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . 2010-07-22. Архивировано из оригинала 2024-07-26 . Получено 2024-09-02 .
  4. ^ abcde Gomes, R.; Levison, HF; Tsiganis, K.; Morbidelli, A. (2005). "Происхождение катаклизмического периода поздней тяжелой бомбардировки планет земной группы" (PDF) . Nature . 435 (7041): 466–469. Bibcode :2005Natur.435..466G. doi : 10.1038/nature03676 . PMID  15917802. S2CID  4398337. Архивировано (PDF) из оригинала 2011-05-25 . Получено 2008-06-08 .
  5. ^ Ди Веккья, Пауло; Гейссенберг, Карло; Родольфо, Руссо; Габриэле, Венециано (10.12.2020). «Универсальность ультрарелятивистского гравитационного рассеяния». Physics Letters B. 811 ( 10): 44. arXiv : 2008.12743 . doi : 10.1016/j.physletb.2020.135924. Архивировано из оригинала 10.11.2020.
  6. ^ ab "Basics of Spaceflight, Chapter 4: Trajectories". NASA . Архивировано из оригинала 2023-11-28 . Получено 2024-09-02 .
  7. ^ Густафссон, Бенгт; Чёрч, Росс П.; Дэвис, Мелвин Б.; Рикман, Ганс (2016-09-27). "Гравитационное рассеяние звёзд и скоплений и нагрев галактического диска" (PDF) . Астрономия и астрофизика . 593 . arXiv : 1605.02965 . doi :10.1051/0004-6361/201423916. Архивировано из оригинала 2019-05-03.
  8. ^ abc EW Thommes; MJ Duncan; HF Levison (2002). "Формирование Урана и Нептуна среди Юпитера и Сатурна". Astronomical Journal . 123 (5): 2862. arXiv : astro-ph/0111290 . Bibcode : 2002AJ....123.2862T. doi : 10.1086/339975. S2CID  17510705.
  9. ^ Бариш, Барри К.; Вайс, Райнер (октябрь 1999 г.). «LIGO и обнаружение гравитационных волн». Physics Today . 52 (10): 44. Bibcode : 1999PhT....52j..44B. doi : 10.1063/1.882861.
  10. ^ Хольцман, Джон (2013-12-06). "ЧАСТЬ 4 - ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АСТРОНОМИИ - ГРАВИТАЦИЯ И СВЕТ". Университет штата Нью-Мексико . Архивировано из оригинала 2022-03-25 . Получено 2024-09-02 .
  11. ^ R. Cloutier; MK. Lin (2013). «Орбитальная миграция гигантских планет, вызванная гравитационно нестабильными промежутками: влияние массы планеты». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 434 (1): 621–632. arXiv : 1306.2514 . Bibcode : 2013MNRAS.434..621C. doi : 10.1093/mnras/stt1047 . S2CID  118322844.
  12. ^ ab Ford, Eric B.; Rasio, Frederic A. (2008). «Происхождение эксцентричных внесолнечных планет: проверка модели рассеяния планета-планета». The Astrophysical Journal . 686 (1): 621–636. arXiv : astro-ph/0703163 . Bibcode :2008ApJ...686..621F. doi :10.1086/590926. S2CID  15533202.
  13. ^ Raymond, Sean N.; Barnes, Rory; Veras, Dimitri; Armitage, Phillip J.; Gorelick, Noel; Greenberg, Richard (2009). «Planet-Planet Scattering Leads to Tightly Packed Planetary Systems». The Astrophysical Journal Letters . 696 (1): L98–L101. arXiv : 0903.4700 . Bibcode : 2009ApJ...696L..98R. doi : 10.1088/0004-637X/696/1/L98. S2CID  17590159.
  14. ^ ab Raymond, Sean N.; Armitage, Philip J.; Gorelick, Noel (2010). «Рассеяние планета-планета в планетезимальных дисках: II. Прогнозы для внешних внесолнечных планетных систем». The Astrophysical Journal . 711 (2): 772–795. arXiv : 1001.3409 . Bibcode :2010ApJ...711..772R. doi :10.1088/0004-637X/711/2/772. S2CID  118622630.