A csillagdinamika az asztrofizika azon ága, amely statisztikailag leírja a csillagok mozgását saját gravitációjuk miatt . A fő különbség az égi mechanikával szemben az, hogy bármely csillag többé-kevésbé hozzájárul a teljes gravitációs mezőhöz, míg az égi mechanika a hatalmas testeknek és azok más testekre gyakorolt hatásainak kedvez. A csillagdinamika általában több pálya összesített statisztikai tulajdonságaira összpontosít, nem pedig az egyes pályák helyzetének és sebességének specifikus értékeire. A csillagok mozgását egy galaxisban vagy gömbhalmazban elsősorban más távoli csillagok átlagos eloszlása határozza meg, és a közeli csillagok alig befolyásolják.
Nemrégiben Az N-test probléma szimulációi alternatívát nyújtottak a régebbi analitikai módszerekkel szemben, lehetővé téve a kutatók számára, hogy olyan rendszereket tanulmányozzanak, amelyek adatai korábban kiszámíthatatlanok voltak.
A csillag rendszer gyűjteménye csillagok összekötve gravitáció . A csillaghalmazok (helyi koncentrációja értékelés) számít egy száz millió csillag, galaxis a legalább 10 10- a 10- 12- . Ezeknek a rendszereknek a viselkedését a newtoni mechanika törvényei és a newtoni gravitációs elmélet határozzák meg . A csillagrendszerek dinamikájának vizsgálata csillagdinamikát alkot. A galaxisok első osztályozási rendszerét 1925-ben vezette be Edwin Hubble a képeik szempontjai szerint. A galaxisokat három fő osztályba sorolhatjuk: elliptikus, spirális és szabálytalan.
A hosszú gravitációs tartomány és a csillagrendszerek lassú "ellazulása" kizárja a statisztikai fizika hagyományos módszereinek alkalmazását , mert a csillagdinamikában a pályák általában sokkal szabálytalanabbak és kaotikusabbak, mint az égi mechanikában.
A csillagok "ellazulása" az a folyamat, amely eltéríti a csillagok egyedi pályáit azoktól, amelyek akkor lennének, ha az anyag eloszlása tökéletesen sima lenne. A "2-test relaxációt" egyedi csillag-csillag kölcsönhatások, míg az "erőszakos relaxációt" a csillagrendszer alakjának nagy kollektív variációja hozza létre.
A csillagdinamika erős matematikai alapokon nyugszik; az alapvető fizikai elméletek, a klasszikus analitikai mechanika, a newtoni gravitáció és a termodinamika (statisztika) egyrészt szorosan kapcsolódnak a dinamikai rendszerek matematikai ágaihoz, másrészt az ergodikai elmélethez (amely szoros kapcsolatban áll a dinamikus rendszerek elméletével). A gravitációs interakciók és ütközések lehetősége a diszperzió elméletének matematikai kezeléséhez is vezet . Ennek eredményeként a csillagrendszerek sok dinamikusa tapasztalt matematikus is.
Walter Baade német csillagász volt az, aki az 1940-es évek közepén tudatosult a különböző csillagpopulációk létezésében . Két populációt különböztetünk meg:
Az I. populáció a spirálkarokra jellemző. Az alkotó tárgyak fiatalok és gazdagok fémekben. A galaktikus központ körüli pályájuk lényegében kör alakú, kis sebességű diszperziókkal és lapított rendszereket alkotnak.
A II. Populáció a szferoid komponensre jellemző. Az azt alkotó tárgyak öregek (gömbös halmazok) és szegény fémekben. Kevés a teljes forgásuk, és pályájuk nagyon excentrikus, nagy sebességű diszperziókkal. Ezek alig vagy egyáltalán nem alkotnak lapított rendszert.
Galaxisunk egy ősanyagból jött volna létre, amelynek térfogata sokkal nagyobb, mint a jelenlegi térfogata. Állítólag a galaxis két fő alkotóeleme, a gömbölyű komponens és a korong különböző folyamatokkal jött létre.
A gömbkomponens teljes egészében főleg radiális összeomlás során, néhány száz millió év alatt keletkezett. Az egymást követő csillaggenerációk gazdagították azt a csillagközi közeget, amelyből a következő generációk képződtek, mert a masszív csillagok élettartama rövid e gravitációs összeomlás időtartamához képest.
Miután a gáz mozgásait körkörössé tették a csillagközi felhők közötti rugalmatlan ütközések, valamint a gömbölyű komponens összeomlása után a korong csillagai egy már dúsított anyagból kezdtek kialakulni. Ezek a csillagok vékony korongban születtek volna, nagyjából kör alakú keringéssel és kis sebességű diszperzióval. De később a sebesség szóródása a következők miatt nőtt:
Egy tipikus galaxis számos csillagcsomagrendszernek nevezett csillagrendszert tartalmaz. Száz és egymillió csillagot tartalmaznak, és 2 típust különböztetnek meg: nyitott és gömbös halmazokat.
A nyitott klaszterek az I. populáció rendszerei. Száz-ezer csillagból állnak, és sugara 1 és 10 parec között változik (a parsec értéke 3,085 678 × 10 16 m ). Galaxisunknak 100 000 ilyen klasztert kell tartalmaznia, és csak ezerről tudunk. Leginkább 10 8 évnél fiatalabbak. A nyitott klaszterek fokozatosan felbomlanak a csillagközi gázfelhők okozta gravitációs zavarok miatt.
Gömbhalmazok populáció II rendszerek, amelyek 10 4 , hogy 10 6 csillagok és sugara 20 és 50 között parsecs. Galaxisunk körülbelül 200-at tartalmaz.
A galaxisban való mozgásuk tanulmányozásához a csillagokat anyagi pontok asszimilálják, vagy kiterjedés nélkül ábrázolják. Ez a közelítés, bár a galaxis legsűrűbb területein viszonylag téves , mindazonáltal a csillagok átlagos sugara és átlagos elválasztási távolságuk közötti nagy összefüggéssel igazolható. Mivel egy közepes méretű galaxis körülbelül 10 11 csillagot tartalmaz, fontos, hogy statisztikai megközelítést alkalmazzunk egy ilyen rendszer tanulmányozásához. A szükséges statisztikák ismeretében egy itt nem bemutatott függvény lehetővé teszi a csillagok eloszlásának meghatározását egy csillagrendszerben. Ez a fajta funkció a csillagok csoportja szerint különbözik, mert a csillagok tömege, kora, spektrális típusa, kémiai összetétele (és egyéb szempontok) alapján valóban létrejöttek a csoportok.
Vegye figyelembe a statisztikai mechanikában és a galaxisokban vizsgált rendszerek (például gáz) különbségét. A gázmolekulák között ható erők hatósugara nagyon rövid, ezért elhanyagolhatók. Éppen ellenkezőleg, a galaxis csillagain kifejtett gravitációs erők hatalmasak. Egy galaxisban egy csillag folyamatosan tapasztalja az egész galaxis gravitációját. Általában a tudósok úgy gondolják, hogy egy csillag átlagos gravitációs potenciálban mozog, ami a csillagrendszer tömegeloszlásának eredménye. A Tejútrendszerben a gáz a csillagok tömegének csupán 5% -át képviseli, és csekély befolyással van a csillagok dinamikájára.
A csillagsebességeket mindig a Naphoz viszonyítva mérjük , a csillag Naphoz viszonyított vektorsebességét két sebesség, a sugársebessége és az érintőleges sebessége vonja le. Tájékoztatásul a radiális sebesség a sebesség azon eleme, amelyet a látóvonal irányában mérünk.