3
астрофизики —
физика сверхплотных звезд —
оставалась в тени.
В данной брошюре и будет рассказано о
релятивистской физике звезд, т. е. о том, -как развивалась эта
область науки, каких успехов она достигла и чего можно
от нее ожидать в ближайшем будущем.
РЕЛЯТИВИСТСКАЯ АСТРОФИЗИКА ЗВЕЗД:
НАЧАЛО ПУТИ
Если поле тяготения невелико (например, поле
тяготения планет или обычных звезд, таких, как Солнце), то
оно сходным образом.описывается и ньютоновской
теорией и общей теорией относительности. Однако
ньютоновская сила тяжести нигде в природе не может
обратиться в бесконечность —
действительно, для этого
расстояние между притягивающими телами должно стать
равным нулю, что возможно только в математической
абстракции. В общей теории относительности, напротив,
уже при некоторой определенной величине радиуса
сферического тела сила тяжести на поверхности тела
может стать бесконечной. Этот радиус называется
гравитационным: Rg =
2GM/c2 (здесь М —
масса тела, G —
гравитационная постоянная, с —
скорость света).
Величину гравитационного радиуса впервые опреде-
4
лил К. Шварцшильд, и поэтому гравитационный радиус
часто называют еще радиусом Шварцшильда.
Гравитационный радиус Солнца равен 3 км, а
геометрический его радиус в миллион раз больше, поэтому
и влияние общей теории относительности на строение и
эволюцию Солнца ничтожно. Если сжать Солнце до его
гравитационного радиуса, средняя плотность вещества
в звезде возрастет до 1016 г/см3. Сравните это число со
средней плотностью материи во Вселенной (равной
примерно Ю-29—10~30 г/см3) и станет ясна потрясающая
разница в физике этих объектов, для описания которых
применяется одна и та же теория тяготения.
Чем ближе к гравитационному радиусу размер тела,
тем больше различий в описании поля тяготения между
ньютоновской и эйнштейновской теориями. В общей
теории относительности сфера гравитационного радиуса
является границей, ниже которой нет и не может быть
никаких устойчивых конфигураций. Действительно, нам
сейчас неизвестны силы, которые можно
противопоставить силе тяжести, если она бесконечна. Значит, чтобы
определить пределы применимости общей теории
относительности, нужно исследовать тела, обладающие
радиусами, близкими к гравитационному.
Такие тела в 1916 г. не были известны, и никто не
предполагал, что они вообще могут существовать.
Поэтому прежде развивалась вторая ветвь релятивистской