Движение отдельных звезд в Галактике. Резонансные орбиты

Лекция 7

Движение отдельных звезд в Галактике. Резонансные орбиты.

Цель лекции: Дать обущаемому представления об основах звездной динамики.

Цель обучения: знание и понимание обущающимися основ звездной динамики.

Основные термины лекции: звездная динамика, функция распределения звёзд, истинная релаксация, теорема вириала, локальное термодинамическое равновесие, интегралы движения звезды, аксиальная симметрия, столкновительные системы, испарение звёзд, релятивистский гравитационный коллапс, джинсовская неустойчивость тонкого диска, кинетическая неустойчивость, циклотронная неустойчивость, бароподобная неустойчивость, массивные короны галактик, резонансные орбиты.

Основные вопросы лекции:

1. Что изучает звездная динамика?

2. Что собой представляет функцией распределения звёзд?

3. Как формулируется теорема вириала и где она применяется?

4. Какие интегралы движения звезды существуют и какое значение они имеют в звездной динамике?

5. Как связаны испарение звёзд и эволюция звёздных систем?

6. Как связаны различные виды неустойчивости и спиральная структура галактик.

7. Что такое «резонансные орбиты»?

Движение отдельных звезд в Галактике. 

Звездная динамика – раздел астрономии, изучающий строение, устойчивость и эволюцию звёздных систем - звёздных скоплений, галактик, а также скоплений галактик.

Ур-ния, описывающие поведение отдельной звезды в системе, - это обычные ур-ния механики в сочетании с законом всемирного тяготения.

Однако изучать с помощью этих ур-ний поведение звёзд в системах, состоящих из миллионов и миллиардов звёзд, практически невозможно даже с помощью совр. ЭВМ.

В звездной динамике вместо изучения траекторий отдельных звёзд часто исследуют усреднённые характеристики, определяемые функцией распределения звёзд, зависящей от времени (t), координат (r) и скоростей (v): f(t, r, v). 

Величина [pic 1] даёт число звёзд, находящихся в момент t в объёме [pic 2], компоненты скорости к-рых попадают в интервалы [pic 3].

С помощью функции распределения можно выразить все средние величины, характеризующие звёздную систему: плотность [pic 4], скорость u, давление и др.

При таком подходе описание системы звёзд подобно описанию газа.

Наиболее велико сходство между звёздным скоплением и плазмой - ионизованным газом, состоящим из ионов и электронов. Подобно звёздам в скоплении, электроны и ионы плазмы взаимодействуют между собой с силой, убывающей с расстоянием по закону обратных квадратов. Однако в характере взаимодействий имеется и существенное различие, связанное с тем, что звёзды между собой всегда притягиваются, а в плазме частицы как притягиваются, так и отталкиваются в зависимости от знака зарядов. Вследствие этого плазму всегда можно считать нейтральной, а звёздное скопление всегда "заряжено" и должно иметь специально строение, чтобы находиться в равновесии.

Ур-ние для ф-ции f наз. кинетическим, оно учитывает изменение f при регулярном движении звёзд, а также при их столкновениях.

При взаимодействии звёзд по закону обратных квадратов сила, действующая на звезду, определяется в основном гравитац. полем, создаваемым далёкими звёздами, а не столкновениями звёзд. Т.о., чтобы найти f для звёзд, нужно знать создаваемое ими гравитац. поле, т.е. совместно с кинетическое уравнением решать и ур-ние для гравитационного потенциала [pic 5]. 

Система ур-ний для описания бесстолкновительных звёздных систем была получена в 1915 г. англ. физиком и астрофизиком Дж. Джинсом.