We hebben zojuist 12.000 nieuwe oplossingen gekregen voor het beruchte drielichamenprobleem

In 1687 formuleerde Isaac Newton zijn wetten van universele beweging en zwaartekracht, waarmee hij licht wierp op de beweging van sterren, manen en verre planeten.

Met een veertje leidde het baanbrekende werk van Newton ook tot een eeuwenlange zoektocht naar wiskundige oplossingen om chaotische triadische systemen, zoals de zon, de maan en de aarde, in toom te houden, waar onderzoekers tot op de dag van vandaag nog steeds over puzzelen.

Ivan Hristov van de Universiteit van Sofia in Bulgarije en zijn collega’s zijn de laatsten in een lange rij astronomen en wiskundigen die sinds de dagen van Newton oplossingen proberen te vinden om uit te leggen hoe drie hemellichamen opgesloten blijven in een stabiele dans, waarbij ze elkaar onder water heen en weer gooien. wederzijdse zwaartekrachten zonder te botsen of de ruimte in te schieten.

Het dilemma wordt genoemd DrielichamenprobleemHet strekt zich uit tot elk drietal door zwaartekracht verstrengelde lichamen. De oplossing zal astronomen in staat stellen de verwachte bewegingen van deze objecten in kaart te brengen, gegeven hun initiële posities en snelheden.

Het lijkt misschien eenvoudig, maar het plaatsen van een derde lichaam in een systeem met twee lichamen maakt het voorspellen van die bewegingen veel moeilijker. Supercomputers Neurale netwerken hebben zeker geholpen.

Nu hebben Hristov en zijn collega’s 12.409 orbitale patronen gerapporteerd voor systemen met drie lichamen die binnen de grenzen van de wetten van Newton opereren en drie gelijke massa’s hebben. Het is een verrassend aantal oplossingen die nog niet door vakgenoten zijn beoordeeld, maar die toch tot een gezond debat zouden moeten leiden.

Er is geen alomvattende en alomvattende oplossing voor het drielichamenprobleem gevonden; De meeste systemen resulteren in chaotische bewegingen die moeilijk te voorspellen zijn.

Maar net als in dit laatste onderzoek is er een reeks oplossingen ontdekt voor speciale gevallen waarin het systeem onder bepaalde omstandigheden werkt. Sommige zijn echter relevanter voor de praktische astronomie dan andere.

Deze nieuwste reeks oplossingen is bedoeld voor systemen waarin de drie objecten aanvankelijk stationair zijn, voordat ze in elkaars zwaartekrachtskoppelingen ‘vallen’. Dus hoewel de oplossingen nieuwsgierige wiskundigen tevreden kunnen stellen, hebben ze waarschijnlijk weinig toepassingen in de echte wereld.

“De meeste, zo niet alle, vereisen zulke precieze beginvoorwaarden dat ze in de natuur waarschijnlijk nooit worden bereikt”, zegt natuurkundige Johann Frank van de Louisiana State University. Vertellen Journalist Matthew Sparks nieuwe wereld.

Hristov en zijn collega’s gebruikten echter een supercomputer om voort te bouwen op eerder werk. Het werd gepubliceerd in 2019waarin meer dan 300 nieuwe families van periodieke banen werden gevonden voor specifiek het vrije val-drielichamenprobleem.

Volgens Kristof en collega’s“Dit werk liet veel te wensen over” en dus probeerden ze het wiskundige twistpunt op te lossen, namelijk dat objecten in vrije val-systemen niet in gesloten, kromtrekkende banen vallen, maar langs open paden oscilleren. Het werk van Hristov en collega’s is echter anders, omdat het rekening houdt met drie objecten van gelijke massa, in plaats van met willekeurige objecten.

Vrije valbanen “kunnen van astronomisch belang zijn”, zeggen Hristov en zijn collega’s Hij schrijft. Al hangt het ervan af hoe stabiel de nieuwe oplossingen zijn wanneer rekening wordt gehouden met de invloed van verre objecten of zonnewind.

Drielichamensystemen hebben de neiging in te storten, zegt Frank, wanneer twee objecten samenkomen in een binair systeem en een derde massa uitstoten.

Voorlopig is Hristov in ieder geval eerlijk Viering In de schoonheid van verwachte banen. “Stabiel of onstabiel – het is van groot theoretisch belang.” Vertellen Vonken. “Ze hebben een heel mooie ruimtelijke en temporele structuur.”

Het was de studie Gepubliceerd op arXiv Vóór peer-review.