Кіріспе

Қозғалмалы денелердің айналасындағы материя арқылы импульс пен энергияның гравитациялық жоғалуы

қатты денелер арасындағы салыстырмалы қозғалысқа қарсылық.
Астрофизикада динамикалық үйкеліс немесе Чандрасекар үйкелісі, кейде гравитациялық соқтығысу деп аталады, – бұл кеңістіктегі айналасындағы материямен гравитациялық өзара әрекеттесу арқылы қозғалатын денелердің импульсі мен кинетикалық энергиясының жоғалуы. Оны алғаш рет 1943 жылы Субрахманян Чандрасекар толыққанды талқылаған.

Интуитивті есеп

Эффекттің мәнін түсіну үшін, ұсақ, жеңіл денелердің бұлты арқылы қозғалатын массивті нысанды көзге елестету жеткілікті. Тартылыс күші жеңіл денелерді жылдамдатып, импульс пен кинетикалық энергияны арттырады (қ. шланга эффектісі). Энергия мен импульстің сақталу заңына сәйкес, ауыр нысан да сол деңгейде баяулайды. Егер қарастырылып отырған нысан импульс пен кинетикалық энергиясын жоғалтса, бұл әсер динамикалық үйкеліс деп аталады. Осы процесті түсіндірудің тағы бір балама жолы – үлкен нысан ұсақ нысандар бұлты арқылы өте қалғанда, үлкен нысанның гравитациялық күші ұсақ нысандарды өзіне тартады. Нәтижесінде, үлкен нысанның арт жағында ұсақ нысандар шоғырланады (гравитациялық із), себебі нысан бұрынғы орнынан өтіп кеткен. Үлкен нысанның артындағы ұсақ нысандардың шоғырлануы үлкен нысанға ұжымдық гравитациялық күш түсіріп, оны баяулатады. Әрине, бұл механизм өзара әрекеттесетін барлық денелердің массалары мен олардың арасындағы кез келген салыстырмалы жылдамдықтар үшін де жұмыс істейді. Дегенмен, бұлт арқылы қозғалатын нысан үшін ең көп кездесетін нәтиже – жоғарыда сипатталғандай импульс пен энергияның жоғалтылуы. Бірақ, жалпы жағдайда, бұл жоғалту немесе пайда болуы мүмкін. Егер нысан импульс пен энергияны жинаса, дәл сол физикалық механизм шланга эффектісі немесе гравитациялық көмек деп аталады. Бұл техниканы кейде ғарыштық зондтар планетаның жанынан өтіп, жылдамдығын арттыру үшін қолданады.

Қоршаған ортаның тығыздығы

Қоршаған ортаның тығыздығы неғұрлым жоғары болса, динамикалық сүріну күші соғұрлым күшті болады. Сол сияқты, күш объектінің массасының квадратына пропорционалды. Бұл шарттардың бірі – объект пен оның қозғалысынан қалып қойған материя арасындағы гравитациялық күш. Екінші шарт – объект неғұрлым массивті болса, соғұрлым көп материя оның артындағы ізге тартылады. Күш жылдамдықтың кері квадратына да пропорционалды. Бұл энергия жоғалту жылдамдығының үлесі жоғары жылдамдықтарда тез төмендейтінін білдіреді. Сондықтан, динамикалық сүріну фотондар сияқты релятивистік жылдамдықпен қозғалатын объектілер үшін маңызды емес. Мұны объектінің орта арқылы неғұрлым жылдам қозғалса, оның артында із қалыптасуға уақыт аз болатынын түсіну арқылы түсіндіруге болады.

Қолданбалар

Динамикалық үйкеліс планеталық жүйелердің қалыптасуында және галактикалардың өзара әрекеттесуінде ерекше маңызды.

Протопланеталар

Планеталық жүйелер қалыптасқан кезде протопланета мен протопланеталық дискі арасындағы динамикалық үйкеліс протопланетадан дискіге энергияның берілуіне алып келеді. Бұл протопланетаның ішке қарай жылжуына себеп болады.

Галактикалар

Галактикалар соқтығысу арқылы өзара әрекеттескенде, жұлдыздар арасындағы динамикалық үйкеліс материяның галактика орталығына шөгуіне және жұлдыздар орбиталарының ретсізденуіне әкеледі. Бұл процесс "күшті релаксация" деп аталады және екі спиральді галактиканы бір үлкен эллипстік галактикаға айналдыруы мүмкін.

Галактика шоғырлары

Динамикалық сүрінудің әсері галактикалар шоғырының ортасындағы ең жарқын (көп массалы) галактиканың жиі кездесуін түсіндіреді. Екі дененің соқтығысуы галактиканың жылдамдығын төмендетіп, тартылу күші галактика массасы артаған сайын күшейеді. Галактика кинетикалық энергиясын жоғалтқанда, ол шоғырдың ортасына қарай жылжиды. Дегенмен, галактикалар шоғырындағы галактикалардың жылдамдық дисперсиясы галактикалардың массасына тәуелді емес. Мұның себебі – галактикалар шоғырының күшті релаксация арқылы тепе-теңдікке келуі, бұл жылдамдық дисперсиясын галактика массасынан тәуелсіз мәнге орнатады.

Жұлдыз шоғырлары

Динамикалық үйкелістің әсері SC-дегі ең ауыр жұлдыздардың жұлдыз шоғырының ортасына жиналуын түсіндіреді. Шоғырдың ядросындағы осы ауыр жұлдыздардың шоғырлануы жұлдыздардың арасындағы соқтығысуларға жағдай жасайды, бұл орташа массалы қара тесіктерді құру үшін тікелей соқтығысу механизмін іске қосуы мүмкін.

Фотондар

Фриц Цвикки 1929 жылы фотондарға гравитациялық сүйреу әсерін космологиялық қызыл жылжуды шаршаған жарық түрі ретінде түсіндіру үшін пайдалануға болатынын ұсынды. Дегенмен, оның талдауында математикалық қателік болды, және оның әсердің шамасына жасаған жуықтауы сол жылы Артур Стэнли Эддингтон көрсеткендей, нөлге тең болуы керек еді. Цвикки түзетуді дереу мойындады, бірақ толыққанды қарастыру әсерді көрсетуге мүмкіндік береді деп үміттенді. Қазіргі кезде салыстырмалы жылдамдықпен қозғалатын фотондарға немесе басқа бөлшектерге динамикалық үйкелістің әсері мардымсыз екені белгілі, себебі сүйреу шамасы жылдамдықтың квадратына кері пропорционал. Космологиялық қызыл жылжу әдетте ғаламның кеңеюінің салдары ретінде түсіндіріледі.