Вісник Астрономічної школи, 2013, том 9, № 1, с. 20–27

https://doi.org/10.18372/2411-6602.09.1020
Завантажити PDF
УДК 519.2 (075.8)

Космологічні та астрофізичні виклики загальної теорії відносності

Жданов В.І., Федорова О.В., Александров О.М., Слюсар В.М.

Астрономічна обсерваторія Київського національного університету

Реферат

Подано стислий огляд перевірок загальної теорії відносності (ЗТВ) та обговорено проблеми, що виникають при застосуванні ЗТВ в сильних гравітаційних полях. Проаналізовано результати тестування ЗТВ у Сонячній системі та в подвійних системах з пульсарами. Сформульовано проблеми, що виникають при теоретичному розгляді компактних астрофізичних об'єктів за наявності скалярних полів. Зроблено висновок, що спостереження рентгенівських спектрів активних ядер галактик у найближчій перспективі допоможуть відсіяти принаймні частину таких моделей зі скалярним полем.

Ключові слова: гравитация; теория относительности; скалярные поля; черные дыры

Перелік посилань

  1. Александров А. Н., Жданов В.И., Федорова Е.В. Асимптотические формулы для коэффициента усиления гравитационно-линзовой системы вблизи каустики-складки // Письма в АЖ. – 2010. – 36. – С.344–352.
  2. Бронников К.А., Рубин С.Г. Лекции по гравитации и космологии. – М.: МИФИ, 2008. – 460 с.
  3. Захаров А.Ф. Гравитационные линзы и микролинзы. – М.: Янус-К, 1997. – 328 с.
  4. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. – М.: Наука, 1990. – 280 с.
  5. Минаков А.А., Вакулик В.Г. Статистический анализ гравитационного микролинзирования. – К.: Наукова Думка, 2010. – 261 с.
  6. Новиков И.Д., Кардашов Н.С., Шацкий А.А. Многокомпонентная Вселенная и астрофизика кротовых нор // УФН. – 2007. – 177. – С.1017–1023. https://doi.org/10.3367/ufnr.0177.200709g.1017
  7. Питьева Е.В. Релятивистские еффекты и сжатие Солнца из радарных наблюдений планет и космических аппаратов // Письма в Астрон. журн. – 2005. – 31. – С.340–349.
  8. Соловьев Д.А., Цирулев А.Н. Устойчивые круговые орбиты вблизи гравитирующих скалярных конфигураций // Вестник ТвГУ. Сер.: Прикл. мат. – 2010. – 19. – С.29–41.
  9. Уилл К. Теория и эксперимент в гравитационной физике. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 296 с.
  10. Фишер И.З. Поле скалярного мезона с учетом гравитационных эффектов // ЖЭТФ. – 1948. – 18. – С.636–640.
  11. Яцків Я.С., Александров О.М., Вавилова І.Б., та ін. Загальна теорія відносності: випробування часом. – К.: Академперіодика, 2005. – 288 c.
  12. Alexandrov A.N., Zhdanov V.I. Asymptotic expansions and amplification of a gravitational lens near a fold caustic // MNRAS. – 2011. – 417. – P.541–554. https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2011.19296.x
  13. Antonucci R., Miller J. Spectropolarimetry and the nature of NGC 1068 // Ap. J. – 1985. – 297. – P.621–623. https://doi.org/10.1086/163559
  14. Bekenstein J.D. Transcendence of the Law of Baryon-Number Conservation in Black-Hole // Physics. Phys. Rev. Letters. – 1972. – 28. – P.452–455. https://doi.org/10.1103/physrevlett.28.452
  15. Bekenstein J.D. Nonexistence of Baryon Number for Static Black Holes // Phys. Rev. D. – 1972. – 5. – P. 1239–1246; 2403–2412. https://doi.org/10.1103/physrevd.5.1239
  16. Berti E., Cardoso V., Gualtieri L., Horbatsch M., Sperhake U. Numerical simulations of single and binary black holes in scalar-tensor theories: Circumventing the no-hair theorem // Physical Review D. – 2013. – 87, id. 124020. https://doi.org/10.1103/physrevd.87.124020
  17. Blandford R., Znajek R. Electromagnetic extraction of energy from Kerr black holes // MNRAS. – 1977. – 179. – P.433–456. https://doi.org/10.1093/mnras/179.3.433
  18. Blandford R.D. Relativistic accretion. In: Astrophysical Disks // Proc. ASP Conf. Ser. (Ed. J.A.Sellwood and J.J.Goodman.) – 1999. – 160. – P.265-278.
  19. Breton R.P., Kaspi V.M., Kramer M., et al. Relativistic Spin Precession in the Double Pulsar // Science. – 2008. – 321, Is. 5885. – P.104–107. https://doi.org/10.1126/science.1159295
  20. Burgay M., D'Amico N., Possenti A., et al. An increased estimate of the merger rate of double neutron stars from observations of a highly relativistic system // Nature. – 2003. – 426. – P.531–533. https://doi.org/10.1038/nature02124
  21. Chartas G., Agol E., Eracleous M., et al. Caught in the act: Chandra observations of microlensing of the radio-loud quasar MG J0414+0534 // Ap. J. – 2002. – 568. – P.509–521. https://doi.org/10.1086/339162
  22. Chartas G., Eracleous M., Agol E., Gallagher S.C. Chandra observations of the Cloverleaf quasar H1413+117: A unique laboratory for microlensing studies of a LoBAL quasar // Ap.J. – 2004. – 606. – P.78–84. https://doi.org/10.1086/382743
  23. Chartas G., Kochanek C.S., Dai X., et al. Revealing the structure of an accretion disk through energy dependent X-ray microlensing // Ap. J. – 2012. – 757, id. 137. – P. 12. https://doi.org/10.1088/0004-637x/757/2/137
  24. Chase J.E. Event horizons in static scalar-vacuum space-times // Comm. Math. Phys. – 1970. – 19. – P.276–288. https://doi.org/10.1007/bf01646635
  25. Chowdhury A.N., Patil M., Malafarina D., Joshi P.S. Circular geodesics and accretion disks in the Janis–Newman–Winicour and gamma metric spacetimes // Phys. Rev. D. – 2012. – 85, id. 104031. https://doi.org/10.1103/physrevd.85.104031
  26. Chruściel P.T., Costa J.L., Heusler M. Stationary Black Holes: Uniqueness and Beyond. // Living Rev. Relativity. – 2012. – 15. – P.7–73. (http://www.livingreviews.org/lrr-2012-7). https://doi.org/10.12942/lrr-2012-7
  27. Dai X., Chartas G., Agol E., Bautz M.W., Garmire G.P. Chandra observations of QSO 2237+0305 // Ap. J. – 2003. – 589. – P.100–110. https://doi.org/10.1086/374548
  28. De Rosa A., Bassani L., Ubertini P., et al. An X-ray view of absorbed INTEGRAL AGN // Astron. Astrophys. – 2008. – 483. – P.749–758. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20078319
  29. Fabian A.C., Miniutti G. The X-ray spectra of accreting Kerr black holes // In: “Kerr Spacetime: Rotating Black Holes in General Relativity”, Eds. D.L.Wiltshire, M.Visser and S.M.Scott. – Cambridge Univ. Press, 2009. – 377 p. (astro-ph/0507409).
  30. Fedorova E., Beckmann V., Neronov A., Soldi S. Studying the long-time variability of the Seyfert 2 galaxy NGC 4388 with INTEGRAL and Swift // MNRAS. – 2011. – 417. – P.1140–1147. https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2011.19335.x
  31. Fedorova E.V., Zhdanov V.I., Vignali C., Palumbo G.G.C. Q2237+0305 in X-rays: spectra and variability with XMM-Newton // Astron. Astrophys. – 2008. – 490. – P.989–994. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20078730
  32. Ghez A.M., Salim S., Weinberg N.N., et al. Measurement distance and properties of the Milky way's сentral supermassive black hole with stellar orbits // Ap. J. – 2008. – 689. – P.1044–1062. https://doi.org/10.1086/592738
  33. Grieger B., Kayser R., Refsdal S. Gravitational micro-lensing as a clue to quasar structure // Astron. Astrophys. – 1988. – 194. – P.54–64.
  34. Harada T., Iguchi H., Nakao K. Physical Processes in Naked Singularity Formation // Prog. Theor. Phys. – 2002. – 107. – P.449–524. https://doi.org/10.1143/ptp.107.449
  35. Hohensee M.A., Leefer N., Budker D., et al. Limits on violations of Lorentz symmetry and the Einstein equivalence principle using radio-frequency spectroscopy of atomic dysprosium // ArXiv:1303.2747 (2013). https://doi.org/10.1103/physrevlett.111.050401
  36. Horbatsch M.W., Burgess C.P. Cosmic black-hole hair growth and quasar OJ287 // JCAP. – 2012. – Is. 05, id. 010. – P. 20. (ArXiv:1111.4009). https://doi.org/10.1088/1475-7516/2012/05/010
  37. Hulse R.A., Taylor J.H. Discovery of a pulsar in a binary system // Astrophys. J. Lett. – 1975. – 195. – P.L51-L53. https://doi.org/10.1086/181708
  38. Jacobson T. Primordial Black Hole Evolution in Tensor-Scalar Cosmology // Phys. Rev. Lett. – 1999. – 83. – P.2699–2702. (Astro-ph/9905303). https://doi.org/10.1103/physrevlett.83.2699
  39. Janis A.I., Newman E.T., Winicour J. Reality of the Schwarzschild Singularity // Phys. Rev. Lett. – 1968. – 20. – P.878–880. https://doi.org/10.1103/physrevlett.20.878
  40. Jovanović Р. The broad Fe Kα line and supermassive black holes // New Astronomy Reviews. – 2012. – 56, Is. 2–3. – P.37–48. https://doi.org/10.1016/j.newar.2011.11.002
  41. Kardashev N.S., Novikov I.D., Shatskiy A.A. Astrophysics of Wormholes // Int. Journ. Modern Phys. D. – 2007. – 16. – P.909–926. (Astro-ph/0610441v2). https://doi.org/10.1142/s0218271807010481
  42. Kramer M. Probing gravitation with pulsars // Proc. Int. Astron. Union. – 2013. – 291. – P.19–26.
  43. Kramer M., Stairs I.H., Manchester R.N., et al. Tests of General Relativity from Timing the Double Pulsar // Science. – 2006. – 314, Is. 5796. – P.97–102. https://doi.org/10.1126/science.1132305
  44. Laor A. Line profiles from a disk around a rotating black hole // Astrophysical Journal. – 1991. – 376. – P.90–94. https://doi.org/10.1086/170257
  45. Longair M.S. High Energy Astrophysics. – Cambridge University Press, 2011. – 861 p.
  46. Lyne A.G., Burgay M., Kramer M., et al. A Double-Pulsar System: A Rare Laboratory for Relativistic Gravity and Plasma Physics // Science. – 2004. – 303, Is. 5661. – P.1153–1157. https://doi.org/10.1126/science.1094645
  47. Meier D.L. Grand Unification of AGN and the Accretion and Spin Paradigms // New Astronomy Reviews. – 1999. – 46, Is. 2–7. – P.247–255. (Astro-ph/9908283). https://doi.org/10.1016/s1387-6473(01)00189-0
  48. Novikov I.D., Thorne K.S. Astrophysics of black holes // In “Black holes (Les astres occlus)”, ed. C.DeWitt and B.S.DeWitt. – New York: Gordon and Breach, 1973. – P.343–450.
  49. Oshima T., Mitsuda K., Ota N., et al. ASCA observation of the lensed blazar PKS 1830-211: an implication of X-ray microlensing // Ap. J. – 2001. – 551. – P.929–933. https://doi.org/10.1086/320246
  50. Perera B.B.P., McLaughlin M.A., Kramer M., et al. The Evolution of PSR J0737-3039 B and A: Model for Relativistic Spin Precession // Ap. J. – 2010. – 721. – P.1193–1205. https://doi.org/10.1088/0004-637x/721/2/1193
  51. Planck Collaboration; Ade P.A.R., Aghanim N., Armitage-Caplan C., et al. Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters // ArXiv:1303.5076 (2013).
  52. Popovic L.C., Mediavilla E.G., Jovanović P., Munoz J.A. The influence of microlensing on the shape of the AGN Fe Kα line // Astron. Astrophys. – 2003. – 398. – P.975–982. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20021712
  53. Popovic L. C., Jovanović P., Mediavilla E., et al. A study of the correlation between the amplification of the Fe K-α line and the X-ray continuum of quasars due to microlensing // Ap. J. – 2006. – 637. – P.620–630. https://doi.org/10.1086/498558
  54. Sahni V., Wang L. New cosmological model of quintessence and dark matter // Phys. Rev. D. – 2000. – 62, id.103517. https://doi.org/10.1103/physrevd.62.103517
  55. Sahni V., Starobinsky A. The Case for a Positive Cosmological Λ-Term // Int. J. Mod. Phys. D. – 2000. – 9, Is. 04. – P.373–443. https://doi.org/10.1142/s0218271800000542
  56. Sahni V. Dark Matter and Dark Energy // Lect. Notes Phys. – 2004. – 653. – P.141–180.
  57. Schneider P., Ehlers J., Falco E.E. Gravitational Lenses. – Berlin: Springer, 1992.
  58. Soldi S., Beckmann V., Gehrels N., De Jong S., Lubiński P. High-energy emission from NGC 5506, the brightest hard X-ray Narrow Line Seyfert 1 galaxy. In: Narrow-Line Seyfert 1 Galaxies and their place in the Universe // Proc. of Science. – 2011 (NLS1), id. 063 (ArXiv:1105.5993). https://doi.org/10.22323/1.126.0063
  59. Soldi S., Ponti G., Beckmann V., Lubiński P. AGN variability at hard X-rays // In: The Extreme sky: Sampling the Universe above 10 keV. Proc. of Science. – 2009 (extremesky 2009), id. 031 (ArXiv:1001.4348) https://doi.org/10.22323/1.096.0031
  60. Ureña-López L.A., Matos T. New cosmological tracker solution for quintessence // Phys. Rev. D. – 2000. – 62, id.081302. https://doi.org/10.1103/physrevd.62.081302
  61. Will C.M. The confrontation between General Relativity and Experiment // In: Ciufolini I., Matzner R. (Eds). General Relativity and John Archibald Wheeler. – Springer, 2010. – P.73–93.
  62. Wilson A.S., Colbert E.J.M. The difference between radio-loud and radio-quiet active galaxies // Ap.J. – 1995. – 438. – P.62–71. https://doi.org/10.1086/175054
  63. Zhdanov V.I., Alexandrov A.N., Fedorova E.V., Sliusar V.M. Analytical Methods in Gravitational Microlensing // ISRN Astron. Astrophys. – 2012. – 2012, id. 906951. – 21 P. https://doi.org/10.5402/2012/906951
  64. Zhdanov V.I., Ivashchenko G. Cosmological scalar fields that mimic the ΛCDM cosmological model // Kinematics and Phys. of Celestial Bodies. – 2009. – 25. – P.73–78. (ArXiv:0806.4327). https://doi.org/10.3103/s0884591309020020
  65. Zloshchastiev K.G. Coexistence of black holes and a long-range scalar field in cosmology // Phys. Rev. Lett. – 2005. – 94, id. 121101. https://doi.org/10.1103/physrevlett.94.121101

Завантажити PDF