Тезаурус                20         Один комментарий

Релятивистская астрофизика

Релятивистская астрофизика

— раздел астрофизики, изучающий на основе общей теории относительности (теории тяготения Альберта Эйнштейна) свойства сверхплотных космических тел — нейтронных звезд и черных дыр.).

В этом разделе астрофизики, изучаются астрономические явления и небесные тела в условиях, для которых неприменимы классическая механика и закон тяготения Исаака Ньютона. К таким условиям относятся: скорость движения, близкая к скорости света, чрезвычайно высокие значения давления и плотности энергии (достигающие или превышающие плотность массы покоя, умноженную на квадрат скорости света), а также гравитационного потенциала (близкие к квадрату скорости света). В основе релятивистской астрофизики лежат специальная и общая теории относительности.

Первая работа, относящаяся по своему содержанию к релятивистской астрофизике, появилась в 1916 году, когда К. Шварцшильд теоретически исследовал гравитационное поле вокруг сильно сжатой массы. Он ввёл понятие гравитационного радиуса rg, соответствующего массе М : rg = 2GM/c2, где G — гравитационная постоянная, с — скорость света (для Солнца rg равен 3 км, для Земли — 1 см). Это понятие сыграло большую роль в дальнейшем развитии релятивистской астрофизики.

Сверхплотные звёзды, у которых масса сосредоточена внутри сферы с радиусом, меньшим, чем rg, обладают рядом необычных свойств. Так, падающая к звезде частица при приближении к гравитационному радиусу приобретает скорость, приближающуюся к скорости света.

Релятивистское замедление времени становится бесконечным вблизи гравитационного радиуса. Далёкий наблюдатель (обладающий необходимыми инструментами) увидел бы, что частица асимптотически (при t ® ? ) приближается к сфере с радиусом, равным rg, но не может увидеть, как частица пересекает сферу. Изнутри этой сферы энергия выйти не может. Так была заложена основа современной теории «чёрных дыр».

В 1930-40-х годах было объяснено (американские астрономы У. Бааде и ф. Цвикки, советский физик Лев Давидович Ландау и американские физики Р. Оппенгеймер и Дж. М. Волков) превращение обычных звёзд достаточно большой массы в конце эволюции в нейтронные звёзды, в которых плотность вещества достигает 1014-1015г/см3. В результате звёзды с массой, близкой к массе Солнца, превращаются в нейтронные звёзды с радиусом около 10 км и гравитационным потенциалом, достигающим 0,3 с2 на поверхности. Позже были изучены пути превращения в «чёрную дыру» обычных звёзд с массой, в 2-3 раза превышающей массу Солнца.

Быстрое развитие релятивистской астрофизики в 60-е годы привело к целеустремлённым поискам возможных проявлений релятивистских состояний звёзд. Было отмечено, что звёзды в таком состоянии могут играть роль невидимых спутников в двойных системах, где второй компонент — нормальная звезда. Струи газа, захваченного из окружающего пространства, ускоренные до скорости, близкой к скорости света, могут быть источником рентгеновского излучения при ударе о поверхность нейтронной звезды или при столкновении струй между собой. Однако широкое признание релятивистская астрофизика получила после открытия в 1967 году пульсаров, представляющих собой быстро вращающиеся нейтронные звёзды.

С помощью приборов, поднятых за пределы атмосферы, были открыты источники рентгеновского излучения в составе двойных звёзд. Некоторые из этих источников оказались нейтронными звёздами с сильным магнитным полем, испускающими направленные потоки рентгеновского излучения. Излучение при этом является следствием перетекания газа с поверхности нормальной звезды (входящей в состав двойной звезды) на поверхность нейтронной звезды. В двух случаях с большой вероятностью можно считать, что одним из компонентов является «чёрная дыра», в гравитационном поле которой разогревается и испускает рентгеновские лучи газ, истекающий с поверхности другого компонента — нормальной звезды. При исследовании процесса сжатия нормальной звезды в нейтронную было обнаружено, что магнитное поле при этом усиливается обратно пропорционально площади поверхности звезды, то есть в миллиарды раз.

Менее разработана теория квазаров. Однако и в этих объектах большую роль играют магнитное поле, внутренние движения газа, релятивистские частицы. Возможно и наличие «чёрной дыры» в центре квазара.

Значительное место в релятивистской астрофизике уделяется изучению космических лучей, а также гамма-излучения, являющегося результатом взаимодействия протонов и более тяжёлых ядер космических лучей с межзвёздным веществом.

Взрывы сверхновых звёзд, сопровождающиеся образованием нейтронных звёзд и «чёрных дыр» и приводящие, по-видимому, к выбрасыванию быстрых частиц, то есть космических лучей, также являются предметом исследований релятивистской астрофизики

Одно из направлений релятивистской астрофизики — исследование гравитационных волн.

Вопросы релятивистской астрофизики наиболее глубоко исследуются в СССР, США и Великобритании.

Литература: Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Релятивистская астрофизика, М., 1967; их же, Теория тяготения и эволюция звёзд, М., 1971; их же, Строение и эволюция Вселенной, М., 1975; Пиблс П., Физическая космология, пер. с англ., М., 1975.

Я. Б. Зельдович.

Обсуждение: Один комментарий
  1. Anita:

    It’s great to read something that’s both enjoyable and provides prsmagtiadc solutions.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *