Гравитационный радиус это кратко

Обновлено: 05.07.2024

Скры́тая ма́сса — проблема противоречия между наблюдаемым поведением видимых астрономических объектов и расчётным по законам небесной механики с учётом только этих объектов.

Предел Оппенгеймера — Волкова — верхний предел массы нейтронной звезды, при которой она ещё не коллапсирует в чёрную дыру. Если масса нейтронной звезды меньше этого значения, давление вырожденного нейтронного газа может компенсировать силы гравитации. Одновременно предел Оппенгеймера — Волкова является нижним пределом массы чёрных дыр, образующихся в ходе эволюции звёзд.

В физике, гравитационное красное смещение является проявлением эффекта изменения частоты испущенного некоторым источником света (вообще говоря, любых электромагнитных волн) по мере удаления от массивных объектов, таких как звёзды и чёрные дыры; оно наблюдается как сдвиг спектральных линий в излучении источников, близких к массивным телам, в красную область спектра. Свет, приходящий из областей с более слабым гравитационным полем, испытывает гравитационное синее смещение.

Постоя́нная Ха́ббла (конста́нта Ха́ббла) — коэффициент, входящий в закон Хаббла, который связывает расстояние до внегалактического объекта (галактики, квазара) со скоростью его удаления. Обычно обозначается буквой H. Имеет размерность, обратную времени (H ≈ 2,2⋅10−18 с−1), но выражается обычно в км/с на мегапарсек.

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Вселе́нная Фри́дмана (метрика Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера) — одна из космологических моделей, удовлетворяющих полевым уравнениям общей теории относительности (ОТО), первая из нестационарных моделей Вселенной. Получена Александром Фридманом в 1922. Модель Фридмана описывает однородную изотропную в общем случае нестационарную Вселенную с веществом, обладающую положительной, нулевой или отрицательной постоянной кривизной. Эта работа учёного стала первым основным теоретическим развитием.

Эргосфе́ра — область пространства-времени вблизи вращающейся чёрной дыры, расположенная между горизонтом событий и пределом статичности. Объекты, находящиеся в пределах эргосферы, неизбежно вращаются вместе с чёрной дырой за счёт эффекта Лензе — Тирринга.

Гравитационная энергия — потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным гравитационным тяготением.

Экзотическая звезда — гипотетический компактный астрономический объект, состоящий не только из электронов, протонов, нейтронов и мюонов, как обычные и нейтронные звёзды, а из других видов материи. Гравитационному коллапсу такой звезды препятствует давление вырожденного газа или другие квантовые эффекты. К экзотическим звёздам относят кварковые (в том числе странные) звёзды (состоящие из кварковой материи), а также звёзды, состоящие из гипотетических частиц, существование которых не доказано (например.

Общая теория относительности предсказывает множество эффектов. В первую очередь, для слабых гравитационных полей и медленно движущихся тел она воспроизводит предсказания ньютоновой теории тяготения, как это должно быть согласно принципу соответствия. Специфически отличающие её эффекты проявляются в сильных полях (например, в компактных астрофизических объектах) и/или для релятивистски движущихся тел и объектов (например, отклонение света). В случае слабых полей общая теория относительности предсказывает.

Компактная звезда — звезда, плотность которой многократно превышает плотность обычной звезды. К компактным звёздам относятся.

В классической механике, задача двух тел состоит в том, чтобы определить движение двух точечных частиц, которые взаимодействуют только друг с другом. Распространённые примеры включают спутник, обращающийся вокруг планеты, планета, обращающаяся вокруг звезды, две звезды, обращающиеся вокруг друг друга (двойная звезда), и классический электрон, движущийся вокруг атомного ядра.

Горизо́нт собы́тий — воображаемая граница в пространстве-времени, разделяющая те события (точки пространства-времени), которые можно соединить с событиями на светоподобной (изотропной) бесконечности светоподобными геодезическими линиями (траекториями световых лучей), и те события, которые так соединить нельзя. Так как обычно светоподобных бесконечностей у данного пространства-времени две: относящаяся к прошлому и будущему, то и горизонтов событий может быть два: горизонт событий прошлого и горизонт.

Излуче́ние Хо́кинга — гипотетический процесс излучения чёрной дырой разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов; назван в честь Стивена Хокинга. Излучение Хокинга — главный аргумент учёных относительно распада (испарения) небольших чёрных дыр, которые теоретически могут возникнуть в ходе экспериментов на БАК. На этом эффекте основана идея сингулярного реактора — устройства для получения энергии из чёрной дыры за счёт излучения Хокинга.

Двойной пульсар — пульсар, имеющий второй компонент, часто представляющий собой нейтронную звезду или белый карлик. По крайней мере в одном случае (PSR J0737-3039) второй компонент также является пульсаром. Двойные пульсары являются одними из некоторых объектов, позволяющих физикам проверять выводы общей теории относительности вследствие сильных гравитационных полей в окрестности таких объектов. Хотя объект-компаньон пульсара обычно сложно или невозможно наблюдать напрямую, его наличие можно установить.

Моме́нт и́мпульса (кинетический момент, угловой момент, орбитальный момент, момент количества движения) характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение.

Сопутствующее расстояние и собственное расстояние — две тесно связанные меры расстояния, применяемые в физической космологии для определения расстояний между объектами. Собственное расстояние примерно соответствует расстоянию до места, где удалённый объект был бы в определённый момент космологического времени, измеренному с помощью длинного ряда линеек, протянутых от нашей позиции до позиции объекта в это время, и меняющемуся с течением времени в связи с расширением Вселенной. Концепция сопутствующего.

Фотометри́ческий парадо́кс (парадокс О́льберса, парадокс Шезо́ — О́льберса) — один из парадоксов дорелятивистской космологии, заключающийся в том, что в стационарной Вселенной, равномерно заполненной звёздами (как тогда считалось), яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. В теории в космологической модели Большого Взрыва этот парадокс полностью разрешается посредством учёта конечности скорости света и конечности возраста Вселенной.

Чёрные дыры звёздных масс образуются как конечный этап жизни звезды: после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведёт к уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под действием гравитации. Сжатие может остановиться на определённом этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс.

Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной, выводимое через наблюдаемое с Земли космологическое красное смещение.

Гравитацио́нная неусто́йчивость (неустойчивость Джинса) — нарастание со временем пространственных флуктуаций скорости и плотности вещества под действием сил тяготения (гравитационных возмущений).

Ко́мптоновская длина́ волны́ (λC) — параметр элементарной частицы: величина размерности длины, характерная для релятивистских квантовых процессов, идущих с участием этой частицы. Комптоновская длина волны эквивалентна длине волны фотона, чья энергия равна энергии покоя самой частицы. Название параметра связано с именем А. Комптона и комптоновским эффектом.

Космологическое (метагалактическое) красное смещение — наблюдаемое для всех далёких источников (галактики, квазары) понижение частот излучения, объясняемое как динамическое удаление этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, то есть как нестационарность (расширение) Метагалактики.

Гравитацио́нное по́ле, или по́ле тяготе́ния, — фундаментальное физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие между всеми материальными телами.

Первичная чёрная дыра — гипотетический тип чёрной дыры, которая образовывалась не за счёт гравитационного коллапса крупной звезды, а в сверхплотной материи в момент начального расширения Вселенной.

Гравитомагнети́зм, гравимагнети́зм, иногда гравитоэлектромагнети́зм — общее название нескольких эффектов, вызываемых движением гравитирующего тела.

Космологи́ческая сингуля́рность — состояние Вселенной в определённый момент времени в прошлом, когда плотность энергии (материи) и кривизна пространства-времени были очень велики — порядка планковских значений. Это состояние, вместе с последующим этапом эволюции Вселенной, пока плотность энергии (материи) оставалась высокой, называют также Большим взрывом. Космологическая сингулярность является одним из примеров гравитационных сингулярностей, предсказываемых общей теорией относительности (ОТО) и.

Увлече́ние инерциальных систем отсчёта, или эффе́кт Ле́нзе — Ти́рринга, — явление в общей теории относительности (ОТО), наблюдаемое вблизи вращающихся массивных тел. Эффект проявляется в появлении дополнительных ускорений, сходных с ускорением Кориолиса, то есть, в итоге, сил, действующих на пробные тела, двигающиеся в гравитационном поле.

Ме́трика Шва́рцшильда — это единственное в силу теоремы Биркхофа сферически симметричное точное решение уравнений Эйнштейна без космологической константы в пустом пространстве. В частности, эта метрика достаточно точно описывает гравитационное поле уединённой невращающейся и незаряженной чёрной дыры и гравитационное поле снаружи от уединённого сферически симметричного массивного тела. Названа в честь Карла Шварцшильда, который первым её обнаружил в 1916 году.

Гравитацио́нный колла́пс — катастрофически быстрое сжатие массивных тел под действием гравитационных сил. Гравитационным коллапсом может заканчиваться эволюция звёзд с массой свыше трёх солнечных масс. После исчерпания в таких звёздах материала для термоядерных реакций они теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Если растущее внутреннее давление останавливает гравитационное сжатие, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной.

Вращающаяся чёрная дыра — это чёрная дыра, которая обладает моментом импульса. А именно, она вращается вокруг одной из своих осей симметрии.

Спагеттификация (англ. Spaghettification) — астрофизический термин (иногда также называемый эффектом лапши) для обозначения сильного растяжения объектов по вертикали и горизонтали (то есть уподобления их виду спагетти), вызванного большой приливной силой в очень сильном неоднородном гравитационном поле. В предельных случаях, когда объекты находятся возле чёрных дыр, деформация при подобном растяжении настолько сильна, что никакой объект не может сохранить свою структуру.

Давление электромагнитного излучения, давление света — давление, которое оказывает световое (и вообще электромагнитное) излучение, падающее на поверхность тела.

Теория стационарной Вселенной (англ. Steady State theory, Infinite Universe theory или continuous creation) — космологическая модель, разрабатывавшаяся с 1948 года Фредом Хойлом, Томасом Голдом, Германом Бонди и прочими в качестве альтернативы теории Большого взрыва.

Реше́ние Ке́рра — Нью́мена — точное решение уравнений Эйнштейна, описывающее невозмущённую электрически заряженную вращающуюся чёрную дыру без космологического члена. Астрофизическая значимость решения неясна, так как предполагается, что встречающиеся в природе коллапсары не могут быть существенно электрически заряжены.

Релятиви́стские стру́и, дже́ты (англ. Relativistic jet) — струи плазмы, вырывающиеся из центров (ядер) таких астрономических объектов, как активные галактики, квазары и радиогалактики. Первым такую струю обнаружил астроном Гебер Кёртис в 1918 году. Позже физик и философ Стивен Хокинг сумел доказать, что такие выбросы происходят из гипотетических чёрных дыр.

Тёмная эне́ргия (англ. dark energy) в космологии — гипотетический вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением.

Сфера Хилла располагается между точками Лагранжа L1 и L2, лежащими на прямой, соединяющей центры двух тел. В этом направлении область гравитационного влияния подчинённого тела меньше всего, и это ограничивает размер сферы Хилла. За пределами этого расстояния орбита любого третьего тела, обращающегося вокруг подчинённого тела, будет частично пролегать за пределами сферы Хилла, и поэтому будет всё больше и больше подвергаться возмущению приливными силами центрального тела. В конечном итоге подчинённый.

Моде́ль горя́чей Вселе́нной — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении.

Гиперболи́ческая траекто́рия — в астродинамике и небесной механике траектория объекта вокруг центрального тела со скоростью, достаточной для преодоления притяжения центрального тела. Форма траектории в нерелятивистском случае является гиперболой. Эксцентриситет орбиты превышает единицу.

Начальная функция масс (НФМ) является эмпирической функцией, описывающей распределение масс звёзд в элементе объёма с точки зрения их начальной массы (масса с которой они сформировались). Свойства и эволюция звёзд тесно связаны с их массой, поэтому НФМ является важным предсказательным инструментом для астрономов при изучении большого количества звёзд. НФМ относительно инвариантна для похожих групп звезд. Важным является предположение о единстве, универсальности НФМ для всей Галактики или, по крайней.

Время свободного падения — характерное время, которое потребуется телу для коллапса под действием силы тяготения, если никакие другие силы не противодействуют коллапсу. Играет важную роль при определении временных шкал ряда астрофизических процессов, таких как звездообразование, вспышки сверхновых звёзд.

Квантовая пена (также называемая пространственно-временной пеной) — понятие в квантовой механике, разработанное Джоном Уилером в 1955 году. Пена задумана в качестве основы ткани Вселенной.

Сила F, действующая на точку P, называется центральной с центром в точке O, если во всё время движения она действует вдоль линии, соединяющей точки O и P.

Равновесная температура планеты (англ. Planetary equilibrium temperature) — теоретическая температура, которую имела бы планета, если бы являлась абсолютно чёрным телом, нагреваемым только звездой, вокруг которой планета обращается. В данной модели наличие или отсутствие атмосферы (и, следовательно, парниковый эффект) не рассматривается, а теоретическая температура чёрного тела считается излучаемой с поверхности планеты.

Гравитационный радиус (иначе радиус Шварцшильда) – характеристика любого массивного физического тела. Если представить тело в форме симметричного не вращающегося сверхплотного шара, то гравитационный радиус описывает вокруг него сферу, на которой располагался бы горизонт событий . Гравитационный радиус определяет поле, которое было названо полем Шварцшильда, в честь немецкого астронома, первым нашедшего решения уравнений Эйнштейна для данного случая.

Отличие теории тяготения Ньютона от ОТО

Общая теория относительности , описанная Альбертом Эйнштейном, несколько иначе рассчитывает тяготение массивных объектов. Таким образом, если измерить данную характеристику, находясь на поверхности Земли (предполагая ее симметричность и отсутствие вращения), то согласно ОТО, сила тяготения будет несколько больше, нежели с точки зрения Ньютоновской теории. За данным различием скрывается математический аппарат упомянутых теорий, однако в масштабах Земли это различие в измерении пренебрежительно мало.

Представим, что планета постепенно начала сжиматься. В таком случае при сжатии в два раза, сила тяготения Ньютона возрастет в четыре раза. Сила тяготения, описываемая ОТО – несколько быстрее. В результате, сила тяготения возрастает до бесконечности. Правда, в теории Ньютона для этого планету придется сжать практически в точку, в то время как в ОТО радиус такого тела будет значительно больше. Этот радиус и называется гравитационным.

Если продолжить сжимать тело и далее, то его радиус будет меньше, чем его гравитационный радиус. Подобную ситуацию можно пронаблюдать на примере черной дыры , гравитационный радиус которой создает горизонт событий, в то время как, предположительно, само тело черной дыры значительно меньше.

Следствия решения Шварцшильда

Гравитацио́нный ра́диус (или ра́диус Шва́рцшильда) представляет собой характерный радиус, определённый для любого массой: это радиус сферы в яркостных координатах, на которой находился бы горизонт событий, создаваемый этой массой (с точки зрения ОТО), если бы она была распределена сферически-симметрично, была бы неподвижной (в частности, не вращалась, но радиальные движения допустимы), и целиком лежала бы внутри этой сферы.

Гравитационный радиус пропорционален массе тела m и равен =2Gm/c^>" width="" height="" />
, где G — гравитационная постоянная, с — скорость света в вакууме. Это выражение можно записать как \approx m1,\!48\times 10^>" width="" height="" />
, где >" width="" height="" />
измеряется в метрах, а " width="" height="" />
— в килограммах. Для астрофизиков удобной является запись \approx 2,\!95(m/M_<\odot >)>" width="" height="" />
— масса Солнца.

<\displaystyle r_<g></p> <p>При переходе к <i>м</i>, удобной является запись в форме =2\,(G/c^)\,m\,c>
.

По величине гравитационный радиус совпадает с радиусом сферически-симметричного тела, для которого в классической механике вторая космическая скорость на поверхности была бы равна скорости света. На важность этой величины впервые обратил внимание Джон Мичелл в своём письме к Генри Кавендишу, опубликованном в 1784 году. В рамках общей теории относительности гравитационный радиус (в других координатах) впервые вычислил в 1916 году Карл Шварцшильд (см. метрика Шварцшильда).

Гравитационный радиус обычных астрофизических объектов ничтожно мал по сравнению с их действительным размером: так, для Земли >" width="" height="" />
= 0,884 Солнца >" width="" height="" />
= 2,95 км. Исключение составляют нейтронные звёзды и гипотетические кварковые звёзды. Например, для типичной нейтронной звезды радиус Шварцшильда составляет около 1/3 от её собственного радиуса. Это обуславливает важность эффектов общей теории относительности при изучении таких объектов.

ГРАВИТАЦИО́ННЫЙ РА́ДИУС в об­щей тео­рии от­но­си­тель­но­сти, ра­ди­ус сфе­ры, на ко­то­рой си­ла тя­го­те­ния, соз­да­вае­мая сфе­ри­че­ской нев­ра­щаю­щей­ся мас­сой, це­ли­ком ле­жа­щей внут­ри этой сфе­ры, стре­мит­ся к бес­ко­неч­но­сти. Г. р. оп­ре­де­ля­ет­ся мас­сой те­ла m и ра­вен r g = 2 Gm / c 2 , где G – гра­ви­тац. по­сто­ян­ная, с – ско­рость све­та. Г. р. обыч­ных ас­тро­но­мич. объ­ек­тов ни­чтож­но ма­лы по срав­не­нию с их дей­ст­ви­тель­ны­ми раз­ме­ра­ми; так, для Зем­ли r g = 0,9 см, для Солн­ца r g = 3 км. Ес­ли те­ло сжать до раз­ме­ров Г. р., то ни­ка­кие си­лы не смо­гут ос­та­но­вить его даль­ней­ше­го сжа­тия под дей­ст­ви­ем сил тя­го­те­ния. Та­кой про­цесс, на­зы­вае­мый ре­ля­ти­ви­ст­ским гра­ви­та­ци­он­ным кол­лап­сом , мо­жет про­ис­хо­дить с дос­та­точ­но мас­сив­ны­ми звёз­да­ми (как по­ка­зы­ва­ет рас­чёт, с мас­сой боль­ше двух масс Солн­ца) в кон­це их эво­лю­ции. Ес­ли, ис­чер­пав ядер­ное го­рю­чее, звез­да не взры­ва­ет­ся и не те­ря­ет мас­су, то, сжи­ма­ясь до раз­ме­ров Г. р., она долж­на испы­ты­вать ре­ля­ти­ви­ст­ский гра­ви­тац. кол­лапс. При гра­ви­тац. кол­лап­се из-под сфе­ры ра­диу­са r g не мо­гут вы­хо­дить ни­ка­кое из­лу­че­ние, ни­ка­кие час­ти­цы. Для внеш­не­го на­блю­да­те­ля, на­хо­дя­ще­го­ся да­ле­ко от звез­ды, с при­бли­же­ни­ем раз­ме­ров звез­ды к r g вре­мя не­ог­ра­ни­чен­но за­мед­ля­ет темп сво­его те­че­ния. По­это­му для та­ко­го на­блю­да­те­ля ра­ди­ус кол­лап­си­рую­щей звез­ды при­бли­жа­ет­ся к Г. р. асим­пто­ти­че­ски, ни­ко­гда не ста­но­вясь мень­ше его.

Читайте также: