Это – вид абстрактной проблемы, не дающей спать ученому ночью: Вы можете предсказать, как три объекта будут вращаться друг вокруг друга в повторяющемся образце? За эти 300 лет, так как эта «проблема с тремя органами» была сначала признана, всего три семейства решений были найдены. Теперь, два физика обнаружили 13 новых семей.
Это – настоящий подвиг в математической физике, и это могло очевидно помочь астрофизикам понять новые планетарные системы.Находка новых растворов имеет исполнивших джаз исследователей. «Я люблю эти вещи», говорит Роберт Вэндербеи математик в Принстонском университете, не вовлеченный в работу. Он говорит, что он, фактически, провел всю ночь, думая о работе.Проблема с тремя органами относится ко времени 1680-х.
Исаак Ньютон уже показал, что его новый закон тяготения мог всегда предсказывать орбиту двух органов, скрепляемых силой тяжести — таких как звезда и планета — с полной точностью. Орбита является в основном всегда эллипсом. Однако Ньютон не мог предложить подобное решение для случая трех органов, вращающихся вокруг друг друга.
В течение 2 веков ученые попробовали различные гвозди, пока немецкий математик Генрих Бранс не указал, что поиск общего раствора к проблеме с тремя органами был бесполезен, и что только определенные растворы — один-offs, которые работают при определенных условиях — были возможны. Обычно движение трех органов, как теперь известно, неповторяется.Определенные растворы повторения были тверды появиться, как бы то ни было.
Знаменитые математики Джозеф-Луи Лагранж и Леонхард Эйлер придумали некоторых в 18-м веке, но только в 1970-х, с небольшой помощью современных вычислений, тот американский математик Роджер Брук и французский астроном Мишель Эно обнаружили больше. До сих пор определенные растворы могли быть сортированы во всего три семьи: семья Лагранжа-Эйлера, семья Брукк-Эно и семья восьмерки, последний из которых был обнаружен в 1993 физиком Кристопэром Муром в Институте Санта-Фе.
Семья восьмерки так называется, потому что она описывает три объекта, преследующие друг друга в форме восьмерки. Растворы Лагранжа-Эйлера более просты с равномерно распределенными органами, распространяющимися вокруг в кругу как лошади на карусели.
Растворы Брукк-Эно являются самыми сложными: Два объекта мчатся назад и вперед на внутренней части, в то время как третьи объектные орбиты вокруг внешней стороны.Открытие 13 новых семей, сделанных физиками Милованом Суваковым и Вельйко Дмитрасиновичем в Институте Физики Белград, приносит новое общее количество к 16. «Результаты красивы, и красиво представленные», говорит Ричард Монтгомери, математик в Калифорнийском университете, Санта-Круз, кто не был связан с открытием.Нахождение любого раствора является пугающей перспективой. Три объекта в космосе могут быть выделены бесконечными способами.
Так или иначе начальные условия — отправные точки, скорости, и т.д. — должны быть найдены, которые возвращают объекты тем условиям, таким образом, целый танец может начаться снова. Суваков и метод Дмитрасиновича должны были начать с существующего раствора на машинном моделировании и затем щипнуть его начальные условия до нового типа осуществленной орбиты, как они сообщают в газете в прессе в Physical Review Letters. «Что мы сделали была самая бесхитростная вещь, которую Вы могли сделать», говорит Дмитрасинович. «Мы были потрясены, когда мы обнаружили все эти вещи, и мы были еще более потрясены, когда мы обнаружили, что они не были обнаружены перед нами».Сталкивающийся с таким количеством новых растворов, Белградские физики изобрели новую систему классификации.
Они использовали абстрактное пространство, названное «сферой формы», описывающей форму орбит с точки зрения относительных расстояний между объектами. Три пятна вокруг экватора сферы отмечают, где две из частиц столкнулись бы, и линия, дистиллируемая шар, который должен избежать тех пятен, карты, как около объектов добираются друг до друга.
Самый простой раствор на сфере формы имеет семью Лагранжа-Эйлера. Это – просто единственный пункт, потому что это соответствует всем трем объектам, поддерживающим то же расстояние обособленно путем двигания по кругу (в реальном космосе) в кругу.
Растворы других являются намного более запутанными, как бы то ни было. Новый раствор «пряжи» исследователей похож на шар пряжи на сфере формы, несмотря на то, что ее реальная космическая орбита выглядит еще более сложной — скорее как огромная масса спагетти. (Все растворы могут быть рассмотрены онлайн.) Суваков и Дмитрасинович отделили все орбиты — включая ранее известные — в 16 семей на основе их форм на сфере формы.
Они тогда сортировали эти семьи в четыре класса на основе симметрии и других свойств форм, первое, включавшее все предыдущие растворы.Следующий шаг для Белградских физиков должен видеть, сколько из их новых растворов стабильно и останется на ходу, если встревожено немного. Если некоторые растворы стабильны, то на них можно было бы даже бросить взгляд в реальной жизни. Теперь, единственный широко принятый раствор с тремя органами, наблюдаемый в космосе, является системой, составленной из солнца, Юпитера и одного из близлежащих троянских астероидов, составляющих круг типа Лагранжа-Эйлера.
Но если мы смотрим на достаточное количество систем «экзопланеты» вне нашего собственного, мы могли бы видеть некоторые новые, более сложные растворы, также, такие как солнечная система, которая похожа на кучу спагетти.«Наблюдательная астрономия перемещается очень быстро вперед», говорит Дмитрасинович.
Но он добавляет, что определение одного из растворов все еще будет очень трудным. «Это будет требовать времени. Я вполне уверен, это не произойдет завтра».
*Исправление 11 марта, 10:55: Эта статья первоначально заявила, что исследователи базируются в университете Белграда; это было теперь исправлено, чтобы прочитать, более точно, что они базируются в Институте Физики Белград.