Ich habe für die kinematischen Gleichungen einer Rotation unter Zentralkraft eine qualitative Analyse der zugehörigen Differentialgleichungen für unseren Fall gemacht.
Es gilt:
[tex]\mu[/tex] Gravitationsparameter [tex]GM[/tex]
[tex]r[/tex] Bahnradius
[tex]\omega[/tex] Winkelgeschwindigkeit
Die kinematischen Gleichungen einer rotierende Masse in Polarkoordinaten sind (schon etwas umgestellt):
in radialer Richtung:[tex]\ddot{r}r^{^2}-r^{^3}\omega^{^2} = -\mu[/tex]
in tangentialer Richtung:[tex]L=\mu r^{^2} \omega[/tex] (Drehimpuls)
Zu Analyse habe ich die totalen Differentiale der beiden Gleichungen gebildet:
Totales Differential aus Gleichung 1:[tex]r^{^2}\cdot d\ddot{r}+2r\ddot{r}\cdot dr-3r^{^2}\omega^{^2}\cdot dr-2r^{^3}\omega \cdot d\omega=-d\mu[/tex]
Das beschreibt jetzt auf der linken Seite die Veränderung des Radius ([tex]dr[/tex]), Radialbeschleunigung ([tex]d\ddot{r}[/tex]) und Winkelgeschwindigkeit ([tex]d\omega[/tex]), wenn sich der Gravitationsparameter auf der rechten Seite ändert ([tex]dr[/tex]).
Hier kann man vereinfachen. Unter der Anname, dass die radiale Beschleunigung [tex]\ddot{r}[/tex] und deren Änderung [tex]d\ddot{r}[/tex] sehr klein im Vergleich zum Rest sind, entfallen die ersten beiden Terme links. Den Rest kann man nach der Änderung der Winkelgeschwindigkeit [tex]d\omega[/tex] auflösen:
[tex]d\omega=\frac{1}{2r}\[\frac{d\mu}{r^{^2} \omega}-3\omega\cdot dr\][/tex]
Das ist die Änderung der Winkelgeschwindigkeit ([tex]d\omega[/tex]), wenn sich Gravitationsparameter und Radius ändern ([tex]dr,d\mu[/tex])
Totales Differential aus Gleichung 2:[tex]dL=r^{^2}\omega\cdot d\mu+2\mu r \omega \cdot dr+\mu r^{^2}\cdot d\omega\stackrel{!}{=}0[/tex]
Da diese Gleichung die Änderung des Drehimpuls [tex]L[/tex] beschreibt, muss sie gleich Null sein.
Wenn man jetzt das Ergebnis aus Gleichung 1 in das aus 2 einsetzt, hat man die Änderung der Winkelgeschwindigkeit [tex]d\omega[/tex] eliminiert und bekommt eine Gleichung mit nur noch 2 Differentialen, die dann die Änderung des Radius [tex]dr[/tex] in Abhängigkeit von der Änderung des Gravitationsparameters [tex]d\mu[/tex] beschreibt:
[tex]dr = - \[\frac{2r}{\mu}+\frac{1}{(r\omega)^{^2}}\]\cdot d\mu[/tex]
Und was sagt diese Gleichung jetzt aus?
Wenn auf der rechten Seite eine Verringerung der Masse und damit des Gravitationsparameters des Zentralsterns steht ([tex]d\mu<0[/tex]), dann erhöht sich der Radius ([tex]dr>0[/tex]).
Ich bin mir noch unsicher zu den Annahmen meiner Vereinfachung. Normalerweise ändert sich die Gravitation halt nicht und dann sind die Gleichungen einfacher, da mehrere Terme zu Null werden. So musste ich etwas tricksen, um nur noch zwei Variablen in zwei Gleichungen zu haben.