重力散乱とは、2つ以上の天体が重力に接近してエネルギーと運動量を交換するときに、軌道が変化する現象です。[1]このプロセスは、連星系の形成から惑星系からの天体の放出まで、天体物理学における多くの力学現象の基礎となっています。[1]恒星、惑星、ブラックホールなどの天体が互いの運動に影響を与えるほど接近すると、それらの軌道は劇的に変化します。[2]恒星、惑星、ブラックホールなどの大質量天体間の接近は、結合対または非結合放出物のいずれかを生成します。[3]一例として、木星がカイパーベルト天体を太陽系外に散乱させています。[4]
重力散乱の観測
研究者たちは、 N体シミュレーションやその他の重力場と重力場相互作用の数値モデルを用いて重力散乱現象を研究している。[1] [4]重要な点は、物体間のエネルギーと運動量の交換である。 [5]例えば、高速の物体は低速の物体に運動エネルギーを与え、宇宙船が重力アシストフライバイで利用するパチンコ効果を生み出すことができる。[6]
散乱の観測的証拠は、星団の進化から銀河核のダイナミクスまで、いくつかの天体物理学的問題を明らかにします。 [1]星団などの高密度領域では、散乱が星形成速度と星の種族の空間分布に影響を与えます。[7] 超高速星は、大質量ブラックホールが銀河中心の連星を散乱させたときに発生すると考えられています。[3]コンパクトな天体間の接近遭遇は重力波を放出することがあり、これはレーザー干渉計重力波観測所(LIGO)などの観測所によって検出されています。 [8]解析ではニュートン力学と一般相対性理論の両方が採用されており、相対論的枠組みは高質量または高速の遭遇に不可欠です。[9]
重力散乱の影響
重力散乱は軌道を変え、極端な場合には天体を元の惑星系から弾き出すこともある。[3]惑星をより広い軌道へシフトさせるメカニズムの1つは、大質量の近傍天体による散乱である。原始惑星系円盤内では、同様の衝撃が高密度のガス塊から生じることがある。[10]太陽系では、天王星と海王星は木星や土星との接近遭遇後に外側へ押し出された可能性がある。[11] [4] 原始惑星ガスが消散した後、複数惑星系では同様の不安定性が発生することがある。軌道がシフトし、一部の惑星は最終的に弾き出されたり、主星に渦巻状に巻き込まれたりすることがあります。[11] [4]
重力によって散らばった惑星は、近日点が恒星に近い高度に離心率の高い軌道をとることがあり、その場合、恒星上で惑星が引き起こす重力潮汐によって軌道が変化する可能性がある。 [12]これらの惑星の離心率と傾斜角もこれらの遭遇中に励起され、近くを周回する太陽系外惑星の観測される離心率分布に対する可能な説明の1つとなる。[12]結果として生じる系は、安定限界に近い場合が多い。[13]ニースモデルと同様に、微惑星の外側の円盤を持つ太陽系外惑星系も、微惑星駆動の移動中に共鳴交差に続いて動的不安定性を起こす可能性がある。 [4] [14]遠方の軌道にある惑星の離心率と傾斜角は、微惑星との動的摩擦によって減衰される可能性があり、最終的な値は円盤と重力遭遇した惑星の相対的な質量に依存する。[14]
参照
参考文献
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