Isaac Newton biết rằng nếu bạn có một hệ bao gồm hai vật thể – chẳng hạn như một hành tinh quay quanh một ngôi sao – thì với một chút hiểu biết về cách hoạt động của lực hấp dẫn, bạn có thể tính toán cả hai sẽ di chuyển như thế nào. Thêm một đối tượng thứ ba vào hệ thống, chẳng hạn như mặt trăng, và khả năng dự đoán đó sẽ biến mất.
Mọi thứ bắt đầu đều ổn, nhưng ngay cả một thay đổi nhỏ ở vị trí bắt đầu của bất kỳ một trong ba vật thể nào cũng sớm tạo ra những dự đoán cực kỳ khác nhau về trạng thái của mọi vật trong tương lai.
Đọc thêm từ Chris Lintott:
Vì chúng ta không bao giờ có thể biết vị trí ban đầu của ba đối tượng với độ chính xác vô hạn, nên hành vi hỗn loạn này có nghĩa là trạng thái của hệ thống trong tương lai xa (và quá khứ xa xôi) bị ẩn khỏi chúng ta và không thể tính toán được.
‘Vấn đề ba cơ thể’ này, như đã được biết đến, là một vấn đề đau đầu. Trong sách giáo khoa vật lý và đề thi đại học, bạn có thể có một hệ cô lập hoàn hảo chỉ bao gồm một ngôi sao và một thế giới quay quanh, nhưng Vũ trụ thực sự tránh xa sự đơn giản như vậy.
Trong các khu vực hình thành sao, trong các cụm sao và thiên hà, trong quá trình hình thành hành tinh và trong sự tương tác của các lỗ đen, các vật thể nhảy múa thường xuyên liên quan đến các hệ thống ba.
May mắn thay, mặc dù bài toán ba vật thể không thể được giải bằng phương pháp phân tích (trong đó một tập hợp các phương trình dẫn đến một đáp số duy nhất, dứt khoát), nhưng vẫn có thể đạt được một số tiến bộ.
Một bài báo mới của hai nhà thiên văn học đã làm sáng tỏ vấn đề cũ này, áp dụng cách tiếp cận thống kê cho những gì có thể xảy ra.
Các hệ thống mà họ nghiên cứu được tạo ra khi một ngôi sao đôi đẹp, có thể dự đoán được tiếp cận bởi một ngôi sao thứ ba, loại điều luôn xảy ra trong các cụm sao trẻ.
Trong phần lớn thời gian, các mô hình cho thấy rằng hệ thống ba kết quả sẽ hoạt động như một hệ nhị phân với một ngôi sao thứ ba ở xa chỉ tương tác yếu với hai ngôi sao ở trung tâm, nhưng khi hệ thống xen giữa đó dao động xung quanh sẽ có những khoảng thời gian xảy ra tranh giành điên cuồng. xảy ra sau đó.
Giai đoạn này kết thúc khi một trong các ngôi sao bị ném ra ngoài một khoảng cách mà nó chỉ là ngôi sao thứ ba, một quá trình lặp đi lặp lại cho đến khi một ngôi sao bị đẩy ra hoàn toàn.
Những tính toán này không phải là dự đoán phân tích về những gì có thể xảy ra: chúng chỉ là những gì chương trình máy tính nghĩ sẽ xảy ra tiếp theo trong bất kỳ tình huống cụ thể nào.
Điều thông minh là bằng cách chạy nhiều mô phỏng như vậy, nhóm có thể dự đoán được điều gì có thể xảy ra.
Điều đó sẽ giúp ích rất nhiều cho các nhà thiên văn học làm việc trong mọi lĩnh vực, nhưng một nhóm đang xem xét cực kỳ kỹ lưỡng sẽ là những người đang cố gắng tìm hiểu sự va chạm của các lỗ đen tạo ra sóng hấp dẫn được quan sát bởi các cơ sở như LIGO (Giao thoa kế tia laze Giao thoa kế sóng hấp dẫn đài thiên văn).
Cố gắng hiểu cách thức và lý do tại sao các lỗ đen như vậy có thể hình thành và va chạm là điều khó khăn, nhưng nếu tương tác với vật thể thứ ba có thể khuyến khích các lỗ đen cuối cùng hợp nhất, thì giải pháp có thể nằm trong các giải pháp thống kê thông minh này cho một trong những vấn đề lâu đời nhất trong vũ trụ. sách.
Chris đang đọc Tập dữ liệu 11 năm của NANOGrav: Các ràng buộc đối với khối lượng hành tinh vào khoảng 45 mili giây sao xung của EA Behrens et al. Đọc trực tuyến tại: https://arxiv.org/abs/1912.00482.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 3 năm 2020 của Tạp chí BBC Sky at Night.