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 subpregunta: ¿se conocen efectos débiles importantes, pero acumulativamente fuertes?

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

De estos sistemas me gustaría excluir el caso más simple y conocido de binarias compactas.

@Guillochon: Para nuestro centro galáctico, las estrellas se acercan al agujero negro supermasivo a unas 1000 AU en el mejor de los casos, mientras que su radio gravitacional es de apenas 1 AU. Definitivamente no se necesita más de una dinámica posnewtoniana de 1 orden para eso (si es que se necesita). Este es un efecto relativista, pero la teoría es esencialmente la de un campo tensorial relativista especial. Aunque, tal vez, de hecho, para algunos agujeros negros más masivos en otras galaxias, los efectos pueden ser más pronunciados.
@Guillochon, sin embargo, ¡gracias por tu respuesta! Me alegraría mucho verlo un poco más fundamentado.
@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 de distancia).

Respuestas (2)

Los cúmulos estelares alrededor de 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 neutral 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 cercanas.

Sin embargo, la medición de la precesión relativista puede ser posible para una estrella con una de las distancias de pericentro conocidas más cercanas a Sagitario A* (el agujero negro central de 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 cúmulo, 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 hace que el grupo evolucione más lentamente con el tiempo. Esto puede afectar cosas como la tasa de segregación de masa , las interrupciones de las mareas y la producción de estrellas de hipervelocidad / estrellas S.

Buena respuesta, gracias! ¿Podría dar una referencia o una estimación de algunas declaraciones cualitativas que hace: sobre la presencia de muchas estrellas más cerca de 1000 AU para nuestro sistema, sobre la posibilidad de medir la precesión y el hecho de que las correcciones GR pueden ser relevantes para el mecanismo Kozai? Además, ¿las interacciones de tres cuerpos de qué tipo se mencionan aquí? ¿Binarias y estrellas de campo, binarias y SBH, o SBH+estrella y estrellas de campo?
@AlexeyBobrick Actualicé mi respuesta solo un poco para especificar que hay otras interacciones resonantes que pueden verse afectadas, pero agregaré más información más adelante.
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?

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

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

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

Definitivamente es cierto. Pero entonces me pregunto, ¿en qué sistemas podría ser dinámicamente importante la precesión del perihelio? De hecho, para Mercurio la parte GR es significativamente menor que otros efectos que están causando la precesión.
Bueno, es un orden de magnitud más pequeño que las influencias gravitatorias de otros planetas. El punto es que todavía se requiere para predecir correctamente su movimiento. La respuesta simple son los sistemas que son mucho más masivos (es decir, estrellas muy masivas o cúmulos de estrellas que orbitan cerca de los agujeros negros).
Las estrellas que orbitan cerca de los agujeros negros tienden a interrumpirse. De hecho, los agujeros negros de masa estelar en realidad 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 lo harían para un compañero normal. Sin embargo, para los agujeros negros supermasivos, el efecto posiblemente podría estar presente. Sin embargo, sería bueno resumir y fundamentar la importancia dinámica de los efectos GR en este caso.
@AlexeyBobrick El tipo súper masivo está implícito en mi declaración anterior. Además, GR se vuelve increíblemente importante cuando los agujeros negros súper masivos orbitan unos alrededor de otros.
Supongo que te refieres a los efectos de la radiación GW en la evolución binaria de los SBH. La radiación GW en general podría ser una buena respuesta, aunque se trata de binarios. ¿O te refieres a otra cosa?
Sí, las ondas gravitacionales simplemente se caen de GR al hacerlo lineal. La pregunta original se refiere a los sistemas/entornos estelares en los que la relatividad se vuelve importante, por lo que los sistemas de agujeros negros binarios probablemente no sean lo que estaba buscando. Las ondas gravitacionales son producidas por cualquier objeto masivo, solo esperamos medirlas desde los agujeros negros en órbita porque la señal sería la más fuerte.
Si y si. Sería muy interesante conocer los sistemas multiestelares para los que los efectos GW podrían ser tan importantes como lo son para las binarias. Sin embargo, una de las razones por las que tales sistemas posiblemente no existan es porque los binarios son dinámicamente estables y se unen a pequeñas separaciones, mientras que la mayoría de los sistemas de N-cuerpos no lo son.
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