Opis ruchu trzech ciał pod wpływem grawitacji jest niezwykle trudny. Astronomowie starają się poradzić sobie z tym zagadnieniem zwanym “problemem trzech ciał” od ponad trzystu lat, odkąd to Izaak Newton spisał podstawowe prawa opisujące ruch ciał.
Gdybyśmy dodatkowo chcieli znaleźć stabilną orbitę, w której wszystkie trzy ciała wzajemnie krążą wokół siebie pod wpływem grawitacji. Cały problem polega na tym, że to zagadnienie nie ma jednego prawidłowego rozwiązania. Zamiast tego prawa fizyki umożliwiają istnienie wielu różnych orbit tego typu. Jak dotąd już teraz naukowcy znają setki różnych scenariuszy tego typu.
Czytaj także: Tutaj grawitacja nie wyrabia. Planetoida kręci się tak szybko, że kamienie się od niej odrywają
Teraz jednak, w najnowszym artykule naukowym opublikowanym na serwerze preprintów arXiv międzynarodowy zespół matematyków opisuje zawrotne 12 000 nowych rozwiązania problemu trzech ciał.
Dlaczego problem trzech ciał jest taki trudny?
Weźmy na przykład trzy gwiazdy krążące wokół siebie w układzie potrójnym. W każdej chwili na każde ciało działa grawitacja dwóch pozostałych ciał, z których każde także porusza się względem pozostałych ciał oddziałujących na nie grawitacyjnie. Obliczenie zmieniającego się z odległością i z ruchem wszystkich składników przyciągania grawitacyjnego działającego na każdy z komponentów układu jest niezwykle trudne.
W swoich symulacjach naukowcy rozpoczynają z trzema nieruchomymi obiektami, które po uwolnieniu zaczynają się poruszać pod wpływem grawitacji. Obiekty takie zbliżają się do siebie, przelatują obok siebie, oddalają się, aby z czasem do siebie powrócić. Do opracowania 12000 rozwiązań problemu trzech ciał naukowcy z Uniwersytetu w Sofii w Bułgarii wykorzystali moc superkomputera. Co więcej, badacze są przekonani, że nowsze superkomputery pozwolą na odkrycie jeszcze większej liczby rozwiązań.
Czytaj także: Nie było gwiazd ani galaktyk. Grawitacja sama rozświetliła wszechświat
Problem tylko w tym, że takie rozwiązania problemu trzech ciał są przydatne tylko wtedy, gdy są to orbity stabilne, czyli takie, że ruch opisywanych obiektów będzie się okresowo powtarzał. W większości przypadków jednak dochodzi do grawitacyjnego wyrzucenia jednego z ciał z układu. Najczęściej to najlżejszy składnik osiąga prędkość ucieczki z układu, pozostawiając za sobą już tylko zwykły układ podwójny. Z tego też powodu teraz naukowcy pracują właśnie nad tym, tj. nad badaniem stabilności wszystkich odnalezionych rozwiązań.