«Островки надежды» в океане хаоса: прорыв в решении задачи трех тел

Задача трёх тел , описывающая гравитационные взаимодействия трёх объектов, на протяжении столетий оставалась загадкой для физиков. Недавние исследования показали, что эта проблема может быть не такой хаотичной, как считалось ранее. Это открытие, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, может значительно изменить понимание данной задачи.

При картировании возможных решений задачи трёх тел на основе исходного положения объектов учёные обнаружили "островки стабильности" в хаосе. Эти области могут помочь исследователям точнее предсказывать такие события, как столкновения чёрных дыр.

Гравитационные взаимодействия между двумя телами легко описываются с помощью уравнений. Однако добавление третьего объекта приводит к непредсказуемым результатам: движение становится хаотичным, и, как правило, одно из тел выбрасывается из системы. Даже незначительные изменения массы, скорости или положения объектов могут существенно повлиять на исход.

Традиционно исследователи применяют статистические методы для предсказания того, какое тело будет выброшено из системы. Однако команда под руководством Алессандро Трани из Института Нильса Бора в Дании, проведя компьютерное моделирование задачи трёх тел, обнаружила, что результаты не соответствуют ожидаемым статистическим предсказаниям.

Исследование началось с системы из двух объектов, вращающихся друг вокруг друга, и третьего объекта, приближающегося из космоса. Учёные провели более миллиона симуляций, варьируя положение двух тел в системе и угол приближения третьего объекта. В результате они наблюдали за тем, какое из трёх тел покидало систему.

В хаотичной системе малейшие изменения в положении или угле должны были бы менять исход, однако учёные обнаружили, что в определённых диапазонах одно и то же тело выбрасывалось из системы каждый раз. Эти "островки регулярности" указывают на зоны стабильности в хаотичной задаче трёх тел.

Обнаруженные стабильные зоны могут усложнить прогнозы учёных относительно трёхтелесных взаимодействий в космосе. Стандартные статистические методы, используемые для анализа этих взаимодействий, не учитывают одновременно области хаоса и регулярности.

Более того, изучение таких зон стабильности может способствовать исследованию гравитационных волн, возникающих при взаимодействиях или слияниях чёрных дыр. В системах с тремя взаимодействующими чёрными дырами возможны не только хаотичные столкновения, но и регулярные взаимодействия, которые ранее могли оставаться незамеченными. Это открывает новые перспективы для изучения гравитационных волн и чёрных дыр.