СПбАО 2025, II кръг (очен), 11. клас, файл theo.pdf — Задача 5
XXXII Санкт-Петербургская Астрономическая олимпиада — теоретический тур, решения — 11 класс
2 февраля 2025
11 класс. Теоретический тур, решения.
Условие
В нейтронной звезде могут возбуждаться колебания, характеризующиеся циклической частотой и числом , определяющим зависимость свойств этих колебаний от азимутального угла . Колебания могут приводить к излучению гравитационных волн, при этом темп потерь момента импульса и потерь полной энергии системы связаны соотношением
Считая, что энергию звезды, вращающейся с угловой скоростью , можно представить как сумму вращательной энергии и энергии, связанной с колебаниями, найдите условие, при котором излучение гравитационных волн будет приводить к раскачке колебаний. Ответ должен быть выражен через переменные , и .
Решение
Запишем выражение для полной энергии:
где — энергия вращения, — энергия колебаний. Неустойчивость возникает, когда колебания увеличиваются, то есть когда (производная энергии колебаний по времени больше нуля). При этом
Запишем энергию вращения как
где — момент инерции тела. Тогда:
Выразим теперь из первого уравнения производную энергии колебаний и соберем все вместе:
Так как полная энергия уносится из системы гравитационными волнами, то знак . Поэтому для выполнения условия необходимо . Мы получили тем самым так называемый «критерий неустойчивости Чандрасекара-Фридмана-Шутца».
А.И.Чугунов
Теми и трудност
Трудност: неоценена.
Звезди · Компактни обекти
Предпоставки: Разширена олимпиадна подготовка
Оригинал в Архива: theo.pdf