Почему нет астероидов или метеороидов с релятивистскими скоростями?

Космические лучи могут иметь энергии, идущие в 10 20 eV домен. Астероиды и метеороиды , образующиеся в Солнечной системе, вероятно, ограничены в своей скорости, потому что все они возникли из одного и того же куска материи, имеющего более или менее одинаковую скорость, но как насчет камней из других галактик? Могут ли они достичь релятивистских скоростей по отношению к Солнечной системе? Существуют ли астрономические события, которые можно интерпретировать как столкновение такого астероида с планетой или звездой?

Просто моль атомов водорода с такой энергией будет иметь энергию, в три раза превышающую энергию удара Чиксулуб, поэтому я надеюсь, что есть причина, по которой они не существуют!

Астероиды из других галактик должны были улететь первыми; в е с с ∼ 500 км/с на порядок больше, чем нормальные скорости астероидов в а с т ∼ 50 км/с.
Немедленный выброс сверхновой происходит на значительную долю скорости света. Конечно, это замедлит некоторых из-за гравитации, от которой он ускользает. Тем не менее, некоторые остатки сверхновой могут перемещаться «быстро». К тому времени, когда они преодолевают расстояние даже до следующей звезды, они настолько растеряны, что столкновение с ними или даже просто их наблюдение крайне маловероятно.
@Dimension10 Энергия существует где-то далеко — Большой Взрыв, Черные Дыры, Сверхновая и т. д. Почему эта энергия не попадает в макроскопические объекты, летящие по Вселенной?
@SebastianHenckel - при таких энергиях сначала измельчаются камни. Релятивистский камень — опасное оружие, убивающее планету. Таким образом, высока вероятность того, что первый релятивистский камень, с которым мы столкнемся, был запущен разгневанной инопланетной цивилизацией.
@DeerHunter Это, вероятно, верно для Super Novas, но не для Black Holes. Ускорение во время траектории рогатки вокруг одного может быть одинаковым для всех атомов в камне, поэтому они не будут измельчены. Я могу ошибаться. Распыление кажется вероятным кандидатом на предотвращение релятивистских астероидов. Но также и для Большого Взрыва как источника энергии: Рассмотрим галактику, масса которой сконденсировалась после измельчения Большого Взрыва: камни оттуда могли иметь релятивистские скорости, потому что они образовались после измельчения, или, скорее, после того, как были созданы первые тяжелые элементы.
@SebastianHenckel - также есть небольшая проблема с обнаружением. Затенения повторяться не будут, линзирование будет идентифицировано неправильно.
@Deer Hunter - Совершенно верно. Показательный пример: релятивистский бейсбол .
Суперрелятивистский астероид будет излучать гамма-лучи из-за столкновений с частицами ISM. Он также будет терять кинетическую энергию на протяжении всего своего путешествия из-за столкновений с этими частицами. Несмотря на то, что глубокий космос очень рассеян, этот эффект будет складываться — вы сталкиваетесь примерно с 5 кг частиц ISM каждый световой год, когда путешествуете. Если мы говорим о внегалактических источниках, это становится порядка массы астероида.
@SebastianHenckel: Маневр с рогаткой не меняет скорость в остальной части гравитирующего тела. Даже в кадре, где гравитирующее тело имеет скорость ты , рогатка меняет скорость только на 2 ты . Мы не видим черных дыр, движущихся с релятивистскими скоростями, т.е. ты ≪ 1 .
@JerrySchirmer Я предполагаю, что «ISM» означает межзвездную среду? Что есть что, струйки водорода, рассеявшиеся между звездами? Но ничего этого не было бы в глубоком космосе за пределами галактик, или было бы?
@EugeneSeidel: да. И неважно, как глубоко в космосе вы отправитесь. Значительная часть общей массы Вселенной хранится в виде «свободного» водорода между галактиками.
@SebastianHenckel Траектория всех атомов в камне одинакова? Вы когда-нибудь слышали о приливных силах?? Подойдите слишком близко к черной дыре, и камень наверняка превратится в пыль.
Моя первая мысль заключалась в том, что если бы к нам приближался летящий макрообъект, близкий к релятивистскому, он, вероятно, был бы аннигилирован межзвездной пылью и/или атомами, с которыми он столкнется на своем пути. Я заметил, что ни один из ответов не касается этого, я ошибаюсь?
@LorenPechtel Я думаю, что этот термин спагетифицирован в контексте черной дыры :)

Ответы (4)

Во-первых, скорость других галактик не слишком полезна. Например, лучевая скорость галактики Андромеды относительно нас составляет 300 км/с, т.е. всего 0,1% скорости света. Более того, внутри все в этой галактике движется примерно с одинаковой скоростью и ограничено окрестностями этой галактики, что дает нам уверенность в том, что ни один кусок не достигнет нас раньше, чем галактика Андромеды.

Что еще более важно, макроскопические системы в космическом пространстве не движутся с такими же огромными скоростями, близкими к скорости света, как космические лучи, главным образом из-за второго закона термодинамики.

Когда космические лучи разгоняются до высоких скоростей, мы можем рассматривать их статистически и высокой энергии этих элементарных частиц можно приписать высокую температуру. Но физические системы со многими степенями свободы предпочитают развиваться до наиболее вероятных высокоэнтропийных конфигураций. Поэтому избыточная энергия (например, в сверхновой) стремится хаотично делиться между элементарными частицами.

В частности, кинетическая энергия отдельных частиц является результатом скоростей, имеющих случайное направление. При таких огромных температурах (кинетическая энергия на частицу) атомы не связаны (намного выше энергии ионизации), и макроскопическая материя не существует. Таким образом, вероятность того, что крупный объект будет двигаться к Земле со скоростью, близкой к световой, столь же маловероятна, как и вероятность того, что многочисленным атомам в крупных объектах приписываются скорости с точно одинаковым направлением, хотя направления выбираются из изотропного, случайное распределение.

По прошествии некоторого времени для «термализации» (взаимодействия между атомами могут изменить систему с законами сохранения, являющимися единственными абсолютными ограничениями), чем больший объект вы рассматриваете, тем меньше вероятность того, что все атомы в этом объекте будут совершать действия. тоже самое. Это форма второго закона термодинамики.

Предыдущий абзац предотвращает создание «когерентных макроскопических космических лучей», макроскопических объектов, которые будут двигаться в одном направлении, из теплового хаоса горячих сред, таких как сверхновая. Но даже если какой-то астрофизический процесс сумел выбросить кусок материи на таких высоких скоростях, предыдущий абзац все равно гарантирует, что мы не получим его на Земле. Вместо этого у отдельного атома этого быстрого объекта все еще были бы некоторые остаточные взаимные скорости, так что объект разделился бы на отдельные атомы, и мы наблюдали бы космические лучи только еще раз.

Я мог бы резюмировать ситуацию так: для того, чтобы сбросить большой объект с огромной скоростью с очень далекого небесного тела на Землю, нужно иметь одинаковые и огромные радиальные скорости всех атомов, но почти нулевые относительные поперечные скорости. Вероятность этого экспоненциально стремится к нулю в любой термической среде.

Если предположить, что источник начальной скорости не термальный, то следует признать, что снаряды будут получать свою скорость из своего более широкого окружения — скоростей уже существующих астрофизических тел — и они просто порядка 0,1 процента скорости свет, как в примере Андромеды или ниже. Эти скромные скорости сводятся к неоднородностям при структурообразовании и, в конечном счете, к инфляции, или к планетарным скоростям, выводимым для звезды. Всякий раз, когда вы хотите локально нарушить скромность скоростей, например, гравитационным коллапсом, вы не «выстреливаете» никакие новые частицы перед столкновением, а когда столкновение происходит, избыточная энергия столкновения также неизбежно создает высокую температуру и мы вернулись к предыдущему абзацу.

Поэтому околосветовые макроскопические тела не наблюдаются. Я бы даже пошел дальше и, несмотря на то, что я верю в то, что жизнь во Вселенной встречается крайне редко, я бы сказал, что объект, движущийся со скоростью, близкой к световой, доказывает существование высокоразвитой цивилизации. Я должен быть немного осторожен: гравитационная рогатка — это процесс, который позволяет увеличить скорость даже естественным образом. Но даже если бы источником скорости была гравитационная рогатка, а скорость была бы действительно высокой, например, 99,9999% от скорости света, были бы высоки шансы, что за оптимизацией гравитационной рогатки стоял некий разум, потому что это крайне маловероятно для таких результат, который произойдет естественным образом.

то есть, другими словами, большинство астероидов, которые получают такую ​​энергию, разрушатся из-за тепла и энергии, толкающей их атомы и молекулы в разных направлениях?
ага, @Snipergirl.
@LubošMotl круто! (но не для астероида :) )
Я полагаю, что есть довольно быстро движущиеся нейтронные звезды. Разве одна из этих рогаток не могла выстрелить железный астероид, который пересек его путь в самый раз, почти на пределе приливных сил, не разрушающих астероид, до смехотворно высокой скорости? Шансы на такую ​​встречу, конечно, ничтожны, но они должны существовать во Вселенной, возможно, даже в нашей галактике.

Почему мы не наблюдаем никаких релятивистских астероидов?

Ответ на этот вопрос был бы неполным без упоминания теоремы вириала .

Рассматривая нашу галактику как систему Н тяготеющих объектов, согласно теореме вириала, удвоенная средняя полная кинетическая энергия всех объектов плюс средняя полная потенциальная энергия этих объектов дают в сумме ноль. Проще говоря, это означает, что в среднем все объекты имеют тенденцию двигаться со скоростью, примерно в 0,7 раза превышающей их скорость убегания .

Поскольку мы и любые объекты в нашей близости связаны с Млечным Путем со скоростью убегания около 550 км/с, типичные кинетические скорости имеют значения примерно 390 км/с. Это намного меньше скорости света, близкой к 300 000 км/с. Более того, все вокруг нас движется примерно в одном направлении, следуя схеме кругового потока вокруг ядра Млечного Пути. Таким образом, относительные скорости между объектами, которые сталкиваются друг с другом, обычно меньше, чем предполагает вирусная теорема. Астероиды, как правило, сталкиваются с земной атмосферой со скоростью около 20 км/с. Самый быстрый из когда-либо наблюдаемых ударов произошел на скорости менее 30 км/с, или менее 0,01 % скорости света.

В принципе, вы можете рассматривать Млечный Путь и галактики, такие как Андромеда, которые гравитационно связаны друг с другом ( местная группа галактик ), также как одну систему, к которой можно применить вирусную теорему. Это дает лишь небольшие изменения гравитационной связи и, следовательно, небольшие изменения средней кинетической энергии.

За пределами местной группы галактики и все объекты в них стремительно удаляются от нас из-за расширения Хаббла.

Но вопрос конкретно задавался про "камни из других галактик". Ну, камни в других галактиках движутся по отношению к нам с релятивистскими скоростями... чем дальше они от нас, тем быстрее их относительные скорости... но они удаляются, а не приближаются. Так что мы в безопасности.
@Евгений - хорошая мысль. Добавил короткий абзац.

Релятивистские породы из других галактик, по всей вероятности, находятся там. Однако они никогда не попадут в нас, потому что они далеко и движутся в неправильном направлении, как и все остальное, что мы можем видеть, что движется с такими скоростями.

Я считаю, что нет никаких известных или неизвестных макроскопических объектов со скоростью, близкой к скорости света, как было указано в ответах выше.
@SebastianHenckel Я интерпретирую этот FAQ (проф. Нед Райт, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) как говорящий, что да, очень удаленные (с сильным красным смещением) объекты могут и действительно удаляются от нас близко или даже быстрее, чем c : «Время и расстояние, используемые в Закон Хаббла не совпадает с x и t, используемыми в специальной теории относительности, и это часто приводит к путанице. В частности, галактики, находящиеся достаточно далеко от нас, обязательно имеют скорости, превышающие скорость света [...]». Следовательно, +1 от меня за этот ответ.
@SebastianHenckel Юджин понял - я говорю об очень далеких галактиках, которые удаляются от нас с релятивистской скоростью. Несомненно, от них ускользают какие-то частицы, и их можно было бы назвать метеороидом, если бы они столкнулись с нами. Они просто идут другим путем.
Да, я видел ссылку. Я полагаю, вы правы. Ссылка говорит о том, что галактики удаляются от нас быстрее скорости света. Я предполагаю, что есть какой-то принцип, который делает невозможным попадание какой-либо материи оттуда сюда, иначе у нас были бы близкие встречи со сверхсветовыми объектами. Это должен быть принцип, а не просто «нам повезло, что они уходят от нас». Я не понял аспекта скорости, превышающей скорость света.
@SebastianHenckel Суть в том, что скорость получается за счет расширения вселенной, а не локальных сил, ускоряющих скалу.
Говорить об относительных скоростях объектов, которые не находятся близко (локально) друг к другу, не является четко определенным понятием в ОТО. Далекие галактики не имеют скорости больше, чем с , пространство между нами и ними расширяется быстрее скорости света.
@BenjaminHorowitz Верно, но я вижу вопрос в том, что там есть высокоскоростные вещи, почему ничего из этого не приходит к нам?
Я хочу сказать, что на самом деле не существует «высокоскоростных вещей», в том смысле, что галактики с большим красным смещением на самом деле не являются примерами объектов, движущихся с релятивистскими скоростями, в том, что наивное сравнение наших скоростей с их скоростями не имеет смысла.
Другими словами, идея о том, что они «высокоскоростные», как вы описываете, является артефактом того факта, что они далеко.

Макроскопическое тело со скоростью более 900 км/с — очень маловероятное событие в Солнечной системе (могу я пропустить объяснения?), но астрономическое тело, «достаточно счастливое», чтобы столкнуться с нейтронной звездой, обязательно упадет на поверхность на очень высокой скорости ( значения зависят от массы звезды). Кстати, релятивистские столкновения между нейтронными звездами или нейтронной звездой и черной дырой — давно изучаемая тема общей численной теории относительности.

Несмотря на сильную гравитацию нейтронной звезды, я не ожидаю, что так много тел с высокими шансами врезаться в звезду, чтобы такие удары стали частым явлением. «Релятивистских астероидов» в системе нейтронной звезды вообще должно быть немного. Известны планетные системы вокруг нейтронных звезд (см. https://en.wikipedia.org/wiki/PSR_B1257%2B12 ), хотя и редко, но даже если вокруг звезды вращается много скалистых тел, большинство из них должны иметь перицентры слишком далеко от звезда, тогда как близкое столкновение необходимо для достижения релятивистской скорости. Я не знаю типичных условий, чтобы сделать вывод, как быстро такая орбита может перейти на более низкую орбиту с более высокой скоростью.

Почему нет астероидов или метеороидов с релятивистскими скоростями?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v