Более 50% звёзд большой массы находятся в кратных звёздных системах. Но из-за их сложных орбитальных взаимодействий физикам трудно понять, насколько стабильны и долговечны эти системы. Недавно группа астрономов применила методы машинного обучения для моделирования системы с несколькими звёздами и нашла новый способ, которым звёзды в таких системах могут упорядочиваться.
В классической механике есть печально известная проблема, называемая задачей трёх тел. В то время как законы гравитации Ньютона могут легко обрабатывать расчёты сил между двумя объектами и их последующей эволюции, не существует известного аналитического решения, когда вы включаете третий массивный объект. В ответ на эту проблему физики на протяжении столетий разрабатывали различные приближённые схемы для изучения таких систем. В итоге они пришли к выводу, что подавляющее большинство возможных конфигураций из трёх объектов нестабильны.
Но оказывается, что в галактике много систем с несколькими звёздами. Действительно, более половины всех массивных звёзд принадлежат как минимум к двойной паре, а многие из них относятся к тройным или четверным звёздным системам. Очевидно, системы существуют долго, иначе они давно бы разлетелись на части, прежде чем мы успели бы провести их наблюдения. Но из-за ограничений наших инструментов нам трудно оценить, как эти системы организуются и какие существуют варианты стабильной орбиты.
Недавно группа астрономов провела десятки тысяч симуляций четверных звёздных систем, варьируя массу и орбитальные расстояния всех объектов. Затем они прогнали результаты моделирования через классификатор машинного обучения, чтобы выделить общие тенденции и категории для структур стабильных орбит.
Они нашли одну такую структуру орбит, которая уже была знакома по старым аналитическим методам. Это так называемая вложенная тройная система. Вы начинаете с двух близких друг к другу звёзд, вращающихся вокруг общего центра масс. Затем вы добавляете третью звезду на достаточно большой орбите вокруг двух других, так что с такого расстояния две другие могут считаться одной звездой. Затем, чтобы добавить четвёртую звезду, вы помещаете её на ещё большее расстояние, чтобы она вращалась вокруг трёх других.
Но их моделирование и анализ машинного обучения также обнаружили новый тип орбитального расположения. В таком расположении у вас есть два набора двойных звёзд, каждый из которых вращается вокруг общего центра масс.
Это расположение было столь же стабильным, как и вложенное тройное расположение, и привело к появлению системы с несколькими звёздами, которая могла существовать сотни миллионов лет.
Астрономы хотят понять, как устроены эти системы, потому что это говорит нам о том, как формируются сами звёзды. Понимание современной структуры звёздных орбит в системах с несколькими звёздами помогает нам отматывать время назад, чтобы заглянуть в эпоху их формирования, и подсказывает астрономам, как развиваются самые большие звёзды во Вселенной.
