भौतिकविदों ने सदियों से प्रकृति के बारे में एक असुविधाजनक सच्चाई से जूझते हुए सदियों बिताए हैं: टकराव के पाठ्यक्रम पर तीन सितारों के साथ सामना किया, खगोलविद नैनोमीटर और मिलीसेकंड में अपने स्थानों और वेगों को माप सकते हैं और यह तारों के भाग्य का अनुमान लगाने के लिए पर्याप्त नहीं होगा।
लेकिन ब्रह्माण्ड अक्सर तारे और तारे मिलकर लाता है ब्लैक होल्स। यदि खगोल भौतिकीविदों को उन क्षेत्रों को पूरी तरह से समझने की उम्मीद है जहां स्वर्गीय शरीर थ्रॉन्ग करते हैं, तो उन्हें “तीन-शरीर की समस्या” का सामना करना होगा।
जबकि एक एकल तीन-शरीर की घटना का परिणाम अनजाना है, शोधकर्ता यह पता लगा रहे हैं कि तीन-निकाय इंटरैक्शन के बड़े समूहों के परिणामों की सीमा का अनुमान कैसे लगाया जाए। हाल के वर्षों में, विभिन्न समूहों ने यह अनुमान लगाया है कि काल्पनिक तीन-शरीर मैचों के सांख्यिकीय पूर्वानुमान कैसे बनाए जाएं: उदाहरण के लिए, यदि धरती मंगल और बुध के साथ हजारों बार उलझकर, मंगल को कितनी बार बाहर निकाला जाएगा? अब, भौतिक विज्ञानी बराक कोल द्वारा विकसित किया गया एक नया परिप्रेक्ष्य, एक सारगर्भित नए दृष्टिकोण से देखने पर संभाव्य “तीन-शरीर की समस्या” को सरल करता है। परिणाम अभी तक की सबसे सटीक भविष्यवाणियों में से कुछ को प्राप्त करता है।
“यह वास्तव में अच्छी तरह से करता है,” नाथन लेह ने कहा कि चिली के यूनिवर्सिटी ऑफ कॉन्सेपियन में एक खगोलशास्त्री जो नए मॉडल के परीक्षण में शामिल है। “मुझे लगता है कि बराक है [model] अभी सबसे अच्छा है। ”
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अराजकता का आयतन क्या है?
जब गुरुत्वाकर्षण दो वस्तुओं को एक साथ खींचता है, तो संभावित परिणाम सरल होते हैं। ऑब्जेक्ट एक-दूसरे द्वारा ज़ूम कर सकते हैं, या वे एक साझा केंद्र के चारों ओर एक अण्डाकार कक्षा में प्रवेश कर सकते हैं। आइजैक न्यूटन 1600 के दशक में इन गतियों को पकड़ने वाले संक्षिप्त समीकरण लिखने में सक्षम था।
लेकिन अगर एक स्टार पहले से ही एक-दूसरे की परिक्रमा कर रहे सितारों की एक जोड़ी के पास पहुंच जाए, सभी दांव बंद हैं। घुसपैठिया अनुमान लगाकर ज़ूम कर सकता है। या यह मैदान में प्रवेश कर सकता है, उग्र छोरों की अवधि की शुरुआत करता है और कुछ क्षणों या वर्षों तक चलता रहता है। आखिरकार, जब तीन सितारों में से एक को अन्य दो के स्पष्ट होने पर रोष प्रकट होता है। दो परिदृश्यों में से एक का पालन होगा: यदि तीसरे पहिये में पर्याप्त ऊर्जा है, तो वह बच जाता है, जिससे जोड़े को शांति से रहना पड़ता है। या यदि ऐसा नहीं होता है, तो वह तीसरी वस्तु केवल जोड़ी की ओर फिर से गिरने और तबाही का एक और एपिसोड शुरू करने के लिए दूर फेंक देगी।
प्रसिद्ध गणितज्ञ हेनरी पोनकारे ने 1889 में दिखाया कि कोई भी समीकरण भविष्य के क्षणों में सभी तीन निकायों की स्थिति का सटीक अनुमान नहीं लगा सकता है, एक प्रतियोगिता जीतना स्वीडन के राजा ऑस्कर द्वितीय द्वारा प्रायोजित। इस तीन-शरीर के मामले में, पोनकारे ने अराजकता की पहली घटना की खोज की थी, एक घटना जिसका परिणाम प्रभावी ढंग से कैसे शुरू हुआ, इससे अलग हो सकता है।
चूंकि व्यक्तिगत तीन-शरीर की घटनाओं के लिए सही भविष्यवाणियां असंभव हैं, भौतिकविदों ने सांख्यिकीय पूर्वानुमान की ओर रुख किया। तीन निकायों के बारे में सामान्य जानकारी, जैसे कि उनकी ऊर्जा और उनकी सामूहिक स्पिन को देखते हुए, कोई व्यक्ति उन बाधाओं के बारे में क्या कह सकता है, उदाहरण के लिए, सबसे हल्का व्यक्ति आखिरकार बाहर निकल जाएगा?
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इस समस्या को हल करने के लिए, भौतिकविदों ने 3 डी अंतरिक्ष की परिचित पृष्ठभूमि को छोड़ दिया है और “चरण स्थान” के रूप में जाना जाने वाले एक सार क्षेत्र में चले गए हैं। इस विशाल नए दायरे में, प्रत्येक स्थान तीन सितारों के एक संभावित विन्यास का प्रतिनिधित्व करता है: यह एक 3 डी स्थिति, 3 डी वेग और तीन निकायों में से प्रत्येक के लिए एक द्रव्यमान है – एक अपरिवर्तनीय 21-आयामी स्थान, सभी को बताया। एक विशिष्ट तीन-शरीर की घटना (जैसे कि एक जोड़ी की ओर उड़ने वाला एक सितारा) चरण स्थान में किसी बिंदु पर शुरू होती है और एक पथ से बाहर निकलती है क्योंकि यह एक विन्यास से दूसरे में विकसित होती है।
इस ढांचे में, भौतिक विज्ञानी अपने लाभ के लिए अराजकता का उपयोग करने में सक्षम हैं। एक अराजक प्रणाली के लिए, केवल एक संभावित परिणाम नहीं है, लेकिन कई हैं। इसका मतलब है कि यदि आप समय के साथ तीन-निकाय प्रणाली को विकसित होने देते हैं, तो यह हर संभव अराजक मार्ग का पता लगाएगा, अंततः इसके चरण स्थान के कुछ अराजक क्षेत्र के प्रत्येक नुक्कड़ और क्रेन तक पहुंच जाएगा। तीन-शरीर की समस्या के लिए, वैज्ञानिक, सांख्यिकीय रूप से गणना कर सकते हैं, जहां प्रत्येक शरीर अपने चरण स्थान के अंदर मात्रा की सटीक गणना करके समाप्त हो सकता है जो अराजक गति का प्रतिनिधित्व करता है।
भौतिकविदों ने आवश्यकताओं का उपयोग किया है जैसे कि संरक्षण कानून आठ आयामों के एक सरल “खेल के मैदान” के लिए पूरे चरण की जगह को काटने के लिए। लेकिन इसके भीतर भी (आठ-आयामी) अराजक क्षेत्र को ठीक से परिभाषित करना, एक चुनौती रही है, क्योंकि तीन सह-परिक्रमा करने वाले शरीर अराजक और नियमित गति (अस्थायी रूप से एक शरीर को लात मारकर) के बीच आशा कर सकते हैं। विभिन्न समूहों ने अलग-अलग तरीकों से अराजक स्थान के आयतन की कल्पना की है एक निश्चित मॉडल यरूशलम के हिब्रू विश्वविद्यालय के निकोलस स्टोन और 2019 में लेईघ ने पिछले तीन सबसे सटीक और गणितीय रूप से कठोर मॉडल बनाने के लिए पिछली धारणाओं को समाप्त कर दिया।
लेई ने कहा, “आप इसे बेहतर नहीं कर सकते, जैसा हमने किया।” “केवल एक चीज जो आप कर सकते हैं वह एक अलग मॉडल के साथ आ रही है।”
इस सिद्धांत “ने हल करने में बहुत बड़ी सेंध लगाई है [the statistical three-body model]”
विराज मनवाडकर
एक टपका हुआ अराजकता गुब्बारा
ठीक यही हाल कोल, यरुशलम के हिब्रू विश्वविद्यालय का भी है। स्टोन और लेह और पिछले समूहों ने उस अराजक क्षेत्र की सीमा पर ध्यान केंद्रित किया है, एक ऐसी जगह जहां एक शरीर को लात मारकर तीन-शरीर सिस्टम अराजकता से नियमित गति में परिवर्तित होते हैं।
जेरूसलम के हिब्रू विश्वविद्यालय में कोल, इसके विपरीत, अराजक मात्रा में एक रूपक “छेद” का अध्ययन करता है, जहां इस तरह के संक्रमण होने की अधिक संभावना है। लंबे समय तक एक तीन-शरीर प्रणाली अराजक क्षेत्र के अंदर चारों ओर उछलती है, अधिक संभावना यह है कि इस तरह के छेद को ढूंढना, एक सदस्य को बाहर करना और अराजक गति से बचना। इस निकास या बाहर निकलने की प्रकृति, कोल का मानना है, आपको सांख्यिकीय तीन-शरीर की समस्या के बारे में जानने के लिए वहां सब कुछ बताना है।
स्टोन ने कहा कि स्टोन और लेह के पिछले दृष्टिकोण ने अराजक क्षेत्र की कल्पना की “एक गुब्बारा और पूरी सतह एक छोटी सी लीक है और इसमें हर जगह समान रिसाव है,” स्टोन ने कहा। “बराक [Kol]दृष्टिकोण कह रहा है कि ‘नहीं, गुब्बारे में असतत छेद और कुछ पैच होते हैं जो दूसरों की तुलना में लीक होते हैं।’ ‘
कोल एक रहस्यमय समारोह में अराजक गुब्बारे से बाहर निकलने के आकार को पकड़ता है जिसे अराजक शोषकता कहा जाता है – एक निश्चित ऊर्जा के साथ एक शांत तारकीय युगल अराजक हो जाएगा यदि आप उन पर एक तीसरे स्टार को आग लगाते हैं (जोड़ी के विपरीत तुरंत विद्रोह कर रहे हैं) नवागंतुक)। इस फ़ंक्शन और कोल के ढांचे का उपयोग करते हुए, कोई भी, सिद्धांत रूप में, अपने सभी बहुआयामी महिमा में पूरे चरण के स्थान के बारे में किसी भी सांख्यिकीय प्रश्न का उत्तर दे सकता है, जैसे कि जब कोई तिकड़ी किसी सदस्य (औसतन) को बेदखल कर देगी, तो यह बाधाओं के साथ उड़ जाएगा एक निश्चित गति, और शेष जोड़ी की कक्षा के लिए संभावित आकृतियों की श्रेणी। उनका सिद्धांत 1 अप्रैल को जर्नल में प्रकाशित हुआ था आकाशीय यांत्रिकी और डायनामिकल खगोल विज्ञान।
इस सिद्धांत “ने हल करने में बहुत बड़ी सेंध लगाई है [the statistical three-body model], “शिकागो विश्वविद्यालय के एक शोधकर्ता विराज मनवाडकर ने मॉडल का परीक्षण करने में मदद की।” [the problem] बहुत। “
बूट किसे मिलता है?
अब तक, कोल के विचार आशाजनक लगते हैं। एक अभी तक सहकर्मी की समीक्षा में कागज छाप डेटाबेस के लिए तैनात हैं arXiv जनवरी में, टोक्यो विश्वविद्यालय के मानवाडकर, कोल, लेह और एलेसेंड्रो ट्रानी ने यह देखने के लिए एक लड़ाई रोयाले का आयोजन किया कि कोल का सिद्धांत अन्य सांख्यिकीय तीन-शरीर पूर्वानुमानों के खिलाफ कैसे आयोजित किया गया।
वे अलग-अलग जनसमूह के सितारों के बीच मैशअप के लाखों सिमुलेशन चलाते थे, यह देखने के लिए कि प्रत्येक स्टार समूह से कितनी बार बाहर निकला। जब तारों का द्रव्यमान समान होता है, तो अव्यवस्थित गति की अप्रत्याशितता यह गारंटी देती है कि प्रत्येक व्यक्ति के पास बूट प्राप्त करने का एक तिहाई मौका है – किसी फैंसी मॉडल की आवश्यकता नहीं है।
लेकिन जैसा कि द्रव्यमान तिरछा होता है, एक पैटर्न उभरता है: लाइटर तारे को बाहर निकालना आसान होता है। जब तीन निकायों में 10-सूर्य (सूर्य के द्रव्यमान का 10 गुना), 15-सूर्य और 20-सूर्य द्रव्यमान होते हैं, उदाहरण के लिए, 10- सूरज सितारा 78% सिमुलेशन में बाहर हो जाता है। कोल के सिद्धांत ने उस पूर्वानुमान को भुनाया, जबकि प्रतिद्वंद्वी सिद्धांतों ने 70% और 87% समय के बीच हल्के की अस्वीकृति की भविष्यवाणी की। नया ढाँचा और भी बेहतर करता है क्योंकि जनता अधिक लुप्त हो जाती है।
“उन भविष्यवाणियों खूबसूरती से सटीक हैं,” स्टोन ने कहा।
डिजिटल सितारों से लेकर खगोल भौतिकी तक
पकड़ यह है कि कोई नहीं जानता कि छेद के आकार का सटीक वर्णन कैसे किया जा सकता है, अराजक अवशोषकता फ़ंक्शन (जो बदले में, एक जटिल और बहुआयामी वस्तु है)। इस सिद्धांत की भविष्यवाणी करने पर विचार किया जाता है कि कौन से शरीर को बाहर निकाल दिया जाएगा क्योंकि कई अलग-अलग छेदों में “औसत” कुछ विशिष्ट गणना होती है, जो शोधकर्ताओं को विवरणों को तैयार करने से मुक्त करती है।
लेकिन पूर्वानुमान के प्रकार को बनाने के लिए खगोल भौतिकीविदों को वास्तव में परवाह है, जैसे कि एक अराजक तीन-शरीर मुठभेड़ के बाद तारकीय जोड़े की दीर्घवृत्ताकार कक्षाओं की विशिष्ट आकृतियाँ, अराजक पूर्णता बहुत मायने रखती हैं। स्टोन और लेह का 2019 मॉडल, जो आठ आयामों पर अराजक क्षेत्र की मात्रा की गणना करता है, पहले से ही इन पूर्वानुमानों को बना सकता है।
कोल के मॉडल को समान पूर्वानुमान बनाने में मदद करने के लिए, मनवाडकर ने जोड़े के साथ टकराने वाले एकल सितारों के कई सिमुलेशन चलाने की योजना बनाई है, जो कि बिंदु से गूढ़ शोषक समारोह बिंदु के आकार को स्केच करने में मदद करेगा। आखिरकार, वह एक अच्छे समीकरण की उम्मीद करता है जो सांख्यिकीय तीन-शरीर की समस्या को हल करते हुए इसके पूरे आकार का वर्णन करेगा।
“सपना एक पाने के लिए है गणितीय अभिव्यक्ति, “मानवाडकर ने कहा, जो अब तक के सबसे सटीक सांख्यिकीय पूर्वानुमान को सक्षम करेगा।
यदि शोधकर्ता सफल हो जाते हैं, तो अगला कदम यह देखना होगा कि ब्रह्मांड में तीन-शरीर अराजकता की वास्तविक घटनाओं के बारे में सिद्धांत का क्या कहना है।
सितारे मोटे तार वाले समूहों में ध्यान केंद्रित कर सकते हैं, जहां एकल नियमित रूप से जोड़े में चलते हैं, और तीन-शरीर सिमुलेशन से शोधकर्ताओं को यह समझने में मदद मिलती है कि समय के साथ तीन-शरीर की लाखों घटनाएं ऐसे समूहों को कैसे बदलती हैं। और ब्लैक-होल के बीच तीन-तरफ़ा मीटिंगों को कुछ जोड़े को पीछे छोड़ने के लिए माना जाता है जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों को विलय और बाहर भेजते हैं। एक अच्छा सांख्यिकीय तीन-शरीर समाधान लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (एलआईजीओ) में खगोलविदों की मदद कर सकता है और भविष्य के गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर उनकी टिप्पणियों को अधिक गहराई से समझ सकते हैं।
“जो मैं उत्साहित हूं वह एक या दोनों को लागू करने के लिए है [models] पत्थर की समस्याओं के लिए, “स्टोन ने कहा।
मूल रूप से लाइव साइंस पर प्रकाशित।
