РЕЛЯТИВИСТСКАЯ АСТРОФИЗИКА

РЕЛЯТИВИСТСКАЯ АСТРОФИЗИКА, раздел астрофизики, в к-ром изучаются астрономич. явления и небесные тела в условиях, для к-рых неприменимы классич. механика и закон тяготения 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 гравитац. потенциала (близкие к квадрату скорости света). В основе Р. а. лежат специальная и общая теории относительности (см. Относительности теория, Тяготение).

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

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

Релятивистское замедление времени становится бесконечным вблизи гравитац. радиуса. Далёкий наблюдатель (обладающий необходимыми инструментами) увидел бы, что частица асимптотически (при t ^_> к бесконечности ) приближается к сфере с радиусом, равным r_g, но не может увидеть, как частица пересекает сферу. Изнутри этой сферы энергия выйти не может. Так была заложена основа совр. теории "чёрных дыр".

В 1930-40-х гг. было объяснено (амер. астрономы У. Бааде и Ф. Цвикки, сов. физик Л. Д. Ландау и амер. физики Р. Оппенгеймер и Дж. М. Волков) превращение обычных звёзд достаточно большой массы в конце эволюции в нейтронные звёзды, в к-рых плотность вещества достигает 10¹⁴ - 10¹⁵ г/см³. В результате звёзды с массой, близкой к массе Солнца, превращаются в нейтронные звёзды с радиусом ок. 10 км и гравитац. потенциалом, достигающим 0,3 с² па поверхности. Позже были изучены пути превращения в "чёрную дыру" обычных звёзд с массой, в 2-3 раза превышающей массу Солнца.

Быстрое развитие Р. а. в 60-е гг. 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 Р. а. получила после открытия (1967) пульсаров, представляющих собой быстро вращающиеся нейтронные звёзды.

С помощью приборов, поднятых за пределы атмосферы, были открыты источники рентгеновского излучения в составе двойных звёзд. Нек-рые 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 гравитац. поле к-рой 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, т. е. в миллиарды раз.

Менее разработана теория квазаров. Однако не подлежит сомнению, что и в этих объектах большую роль играют магнитное поле, внутренние движения газа, релятивистские частицы. Возможно и наличие "чёрной дыры" в центре квазара.

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

Взрывы сверхновых звёзд, сопровождающиеся образованием нейтронных звёзд и "чёрных дыр" и приводящие, по-видимому, к выбрасыванию быстрых частиц, т. е. космич. лучей, также являются предметом исследований Р. а.

Одно из направлений Р. а.- исследование гравитац. волн (см. Гравитационное излучение).

Р. а. в своих выводах тесно соприкасается с космологией.

Вопросы Р. а. наиболее глубоко исследуются в СССР, США и Великобритании.

Лит.: 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.