基本介紹
- 中文名：相對論天體物理學
- 外文名：relativistic as trophysics
- 提出者：愛因斯坦
- 提出時間：1915
- 套用學科：天體物理學
- 適用領域範圍：天體現象的學科
- 適用領域範圍：宇宙天體觀念
提出背景,內容組成,
提出背景
1915年愛因斯坦建立廣義相對論時，他給出的第一個套用，就是定量地解釋水星近日點進動問題（即用來解釋牛頓引力理論不能解釋的部分）。所以，原則上可以說，從廣義相對論誕生時起，相對論天體物理學也同時誕生了。然而，在1915年以後的四十多年裡，除了幾何宇宙學以外，廣義相對論對天體物理學並沒有產生大的影響。這是因為，在“通常”的天體對象中引力場太弱，沒有套用廣義相對論的必要。對於“通常”的天體物理學來說，廣義相對論和牛頓引力理論在量級上的差別是十分微小的。在太陽系中只有引力紅移、光線偏轉、水星近日點進動、雷達信號的延遲等幾個效應與廣義相對論有關（見廣義相對論的天文學驗證）。
一個體系的引力場的強弱,可以用體系的尺度R同它的引力半徑rg之比來衡量。rg呏GM/c2,其中M為體系質量，G為萬有引力常數，c為光速。如果體系的比值rg/R《1，屬於弱場；如果rg/R≈1，則屬於強場。下表列出一些常見的天體的rg/R值：它們都遠遠小於1,這正是牛頓引力理論得以適用的根據。還可以從另外一個角度來看這個問題。如果質量M的體系所產生的引力場是強的,它們的空間尺度R。換句話說,如想把質量為M的體系變成強引力場的源，就應把這個體系壓縮到R那么小的空間範圍之內。例如，只有把太陽壓縮成幾十公里直徑的球，它才能成為強場天體。
根據從地面實驗室中得到的經驗，會認為這種壓縮是完全不可能的。但是，早在三十年代，就提出天體的引力坍縮概念。這個概念是說,一個天體系統,在自身引力的作用下，總要無限地坍縮下去。經過更仔細的理論分析,進一步肯定了這個概念。總之,一個質量足夠大的星體,不能擺脫引力坍縮的結局。引力的存在本身就必然導致強引力場天體的存在。按照這個結論,宇宙間不僅一定存在具有強引力場的天體，而且為數應當很多。六十年代的天文觀測逐步證實了這種觀點。其中關鍵的一步是關於蟹狀星雲脈衝星的研究。蟹狀星雲是1054年的超新星遺蹟。它的中心有顆恆星，觀測發現它是一顆脈衝星,脈衝周期僅33毫秒,而且周期非常穩定，說明這是由自轉引起的。脈衝周期極短，說明自轉天體的空間尺度很小。另一方面，脈衝星光度很大，又表示它的質量不可能太小。這樣一個大質量而小體積的天體，正是那種經過引力坍縮後形成的緻密天體。1054年的超新星爆發就是引力坍縮的一種表現。天文觀測還發現了一些其他類型的具有強引力場的天體，其rg/R 值列於下表：相對論天體物理學的第一個成果就是發現自然界中具有強引力場的天體的種類很多，數量很大，這完全改變了舊有的宇宙天體觀念。
內容組成
相對論天體物理學包括以下幾個方面：
緻密天體物理學
