Осесимметричные стационарные течения в астрофизике: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению 010700-”Физика” и по специальностям 010701-”Физика” и 010702-”Астрономия”

Бескин В.С.5-9221-0646-5

Книга посвящена методу уравнения Греда-Шафранова, позволяющему на достаточно простом языке описывать идеальные осесимметричные стационарные течения, которые могут иметь место у самого широкого класса астрофизических объектов.
Из предисловия: Читателю предлагается монография, основанная на курсе лекций, который впервые был прочитан сотрудникам отдела теоретической астрофизики Национальной астрономической обсерватории (Митака, Япония) в 1998 году и затем читался как часть годового курса «магнитная гидродинамика» на кафедре проблем физики и астрофизики МФТИ, а также в ГАИШ МГУ. Она посвящена одному из наиболее известных аналитических подходов в современной астрофизике, восходящему к уравнению Грэда-Шафранова, названному по фамилии ученых, первыми сформулировавших это уравнение для статических магнитных конфигураций. Рассматриваемый метод позволяет на достаточно простом языке описывать идеальные осесимметричные стационарные течения, которые могут иметь место у самого широкого класса астрофизических объектов.
Многие, привлеченные удивительным блеском отдельных граней данной теории, полагали, что метод уравнения Грэда-Шафранова может быть использован как основной материал для построения работоспособных моделей реальных астрофизических источников. Однако, как оказалось, этот материал непригоден для строительства самого здания и может быть использован лишь в качестве фундамента для построения будущей теории. В таком контексте и следует рассматривать настоящий курс. Он в значительной степени нацелен на проведение дальнейших исследований, а не на подведение итогов.
Несколько слов следует сказать о необходимой подготовке. Предполагается, что читатель знаком с основными понятиями, используемыми в общей теории относительности (ковариантная производная, тензорная алгебра). Впрочем, как мы увидим, использование языка (3+1)-разложения, позволяющего сформулировать все законы на языке трехмерных векторов, имеющих прозрачный физический смысл, существенно упрощает изложение даже для наиболее сложного случая течений в окрестности вращающейся черной дыры. Здесь в качестве введения я настоятельно рекомендую ознакомиться с книгой «Черные дыры. Мембранный подход» (М.: Мир, 1988) под редакцией К. Торна, Р. Прайса и Д. Макдональда. В некотором смысле можно рассматривать настоящий курс как продолжение первых четырех глав этой замечательной книги (однако, как будет показано, сама мембранная трактовка не всегда позволяет правильно интерпретировать процессы, происходящие вблизи горизонта черной дыры). В остальном же все ключевые соотношения будут выведены по ходу изложения.