Во Вселенной могут существовать системы из трех звезд, которые обращаются друг вокруг друга по элегантной орбите, имеющей форму восьмерки — или знака «Бесконечность».

Согласно ньютоновской теории гравитации, любые тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Если сила притяжения между двумя объектами достаточно велика, чтобы уравновесить их относительную скорость, они могут образовать стабильную систему из двух тел, вращающихся вокруг общего центра масс по неизменным эллиптическим орбитам.

А что будет, если в одной области пространства встретятся сразу три объекта, имеющих приблизительно одинаковую массу? Ответить на этот вопрос оказывается гораздо сложнее — взаимодействие между тремя телами одной «весовой категории» ведет к хаотическим нерегулярным перемещениям. Звездные системы остаются стабильными только потому, что звезда весит на порядки больше, чем все планеты вместе взятые. В сравнении с ее гравитацией, планеты оказывают друг на друга ничтожно малое воздействие, поэтому каждая из них движется вокруг звезды примерно так, как будто она находится в составе обыкновенной двойной системы.

В 1993 г. Кристофер Мур (Cristopher Moore) обнаружил, что ньютоновская теория допускает существование стабильных систем из трех тел одинаковой массы. А при определенном стечении обстоятельств из трех планет может образоваться система, в рамках которой тела обращаются друг вокруг друга по общей орбите, имеющей форму восьмерки (или знака «Бесконечность»). Однако до последнего времени физики склонялись к мысли, что в рамках Общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна подобные системы все-таки невозможны, а значит, во Вселенной их быть не должно.

ОТО рассматривает гравитацию как искажение пространственно-временного континуума, в который погружена наша Вселенная. Когда речь идет о сравнительно небольших массах и скоростях, далеких от скорости света, предсказания ньютоновской теории почти полностью совпадают с моделью Эйнштейна, однако по мере увеличения этих параметров теория Ньютона начинает все больше расходится с наблюдаемыми явлениями. Так, еще до рождения Эйнштейна астрономы заметили, что перигелий Меркурия — то есть точка его максимального приближения к Солнцу — постепенно смещается, совершая полный оборот за 226 тыс. лет. Классическая небесная механика это явление объяснить не в состоянии, а вот ОТО прекрасно с этим справляется, увязывая смещение перигелия планеты с довольно сложными пространственными искажениями.

Смещение перигелия и рассматривалось как фактор, дестабилизирующие тройные системы, имеющие форму восьмерки. Однако недавно команда японских ученых из Университета Хиросаки объявила о том, что им удалось подобрать исходные параметры, при которых планетам удается в течение некоторого времени удерживаться на стабильной 8-образной орбите — несмотря на пространственные искажения, вызванные смещением перигелия. В ходе компьютерного моделирования ученые смогли получить систему из трех тел, которая оставалась стабильной на протяжении 10 витков. Так впервые удалось доказать, что системы из трех тел, двигающихся по 8-образной орбите, могут существовать в нашей Вселенной. Впрочем, их вряд ли удастся когда-либо обнаружить — подобные системы крайне недолговечны, и вероятность их естественного образования чрезвычайно мала.

Читайте также об измерении скорости обращения Черных дыр: «Черные карусели» и о вращении системы из двух небесных тел: «Танцы астероидов».

По публикации Science