Questão:
Como posso calcular os períodos orbitais em um sistema estelar binário?
Jakob Weisblat
2014-02-21 18:38:30 UTC
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Eu tenho duas estrelas, com massas e raio orbital conhecidos. Como calculo os períodos orbitais de ambas as estrelas?

Você já pesquisou na web? Acho que você não investigou o suficiente. Existem muitas respostas por aí, como http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20071225133716AA5gj9p e http://voyager.egglescliffe.org.uk/physics/gravitation/binary/binary.html
@Envite Eu não culparia o OP por não confiar nas respostas do Yahoo, mas o recurso da Escola Egglescliffe é bom, mesmo se eles tiverem um design de site ruim.
Apenas dois resultados da primeira página do Google para "Binary Stars Orbital Period"
@Envite Eu tentei pesquisar na web várias vezes; talvez eu tenha usado as consultas erradas e normalmente não clique nos links de respostas do Yahoo.
Ok, mas agora que você tem o documento Egglescliffe, leia e responda sua própria pergunta. Ou se houver algo especificamente que você não entende sobre isso, pergunte sobre esse assunto específico.
@Envite Sim, compreendo, mas ainda não tive tempo de escrever uma resposta. Obrigado pela ajuda.
Use a terceira lei de Kepler! Em particular, use a forma de Newton da terceira lei de Kepler. Veja [esta página] (http://astro.physics.uiowa.edu/ITU/glossary/keplers-third-law/) para a fórmula e um exemplo.
@ScottGriffiths A sua resposta foi a correta e a brevidade da resposta condiz com a falta de pesquisas do OP.
Um responda:
TallFurryMan
2014-02-21 23:21:47 UTC
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Se precisar de uma estimativa aproximada, você pode amostrar as posições dos objetos estelares a partir de sua aceleração, usando a lei de Newton. Uma imagem completa é desenhada nesta página da Wikipedia, mas basicamente, dados N objetos estelares na posição P (i), com suas respectivas massas M (i):

$$ M_i . \ vec {acc_i} = -G \ sum_ {n \ neq i} ^ N \ frac {M_i.M_n. (\ vec {pos_i} - \ vec {pos_n})} {\ begin {vmatrix} \ vec {pos_i } - \ vec {pos_n} \ end {vmatrix} ^ 3} $$

Você pode então derivar a aceleração em velocidade e depois em posição usando um delta de tempo pequeno o suficiente. Com posições iniciais e velocidade (que são as mais complicadas e também mais engraçadas de escolher), você pode simular um sistema de corpo N bruto.

No lado da diversão e da simulação, é isso que Universe Sandbox visa apresentar (antecipadamente, desculpe por me vincular a uma loja comercial, não sou relacionado a este estúdio).

Os pontos lagrangianos também são interessantes de se olhar durante a simulação.

No entanto, para simplificar as coisas, você pode pensar que quase todos os objetos estelares "próximos" do sistema binário teriam sido comidos pelo casal massivo ao longo do tempo, e então considere apenas o baricentro do par de estrelas.

EDITAR: embora OP tenha sido claro, minha resposta é para N objetos. A simplificação para N = 2, com A e B sendo as posições dos dois objetos, resulta em: $$ \ vec {acc_A} = \ frac {G.M_B} {AB ^ 3} \ vec {AB} $$$ $ \ vec {acc_B} = \ frac {G.M_A} {BA ^ 3} \ vec {BA} $$ E com um processo iterativo, uma vez que a aceleração é calculada para a etapa k, usando condições iniciais conhecidas para velocidade e posição: $ $ \ vec {spd_ {k + 1}} = \ vec {acc_k}. \ Delta {t} + \ vec {spd_k} $$$$ \ vec {pos_ {k + 1}} = \ vec {spd_k}. \ Delta {t} + \ vec {pos_k} $$

EDIT2: bem, outra estimativa grosseira, para a duração do período (que eu entendi mal como "trajetória" da questão ) Eu usaria coordenadas cilíndricas como referência, para sua representação espacial limpa e para a conversão de ângulo único:

$$ \ left (\ begin {array} {c} R_k \\ \ theta_k \\ h_k \ end {array} \ right) = \ left (\ begin {array} {c} \ sqrt {pos_ {x, k} ^ 2 + pos_ {y, k} ^ 2} \\ \ arctan \ left (\ frac {pos_ {y, k}} {pos_ {x, k}} \ right) \\ pos_ {z, k} \ end {array } \ right) $$

... com precaução adequada. Apresente parte dessa conversão a cada iteração e espere que theta complete uma rotação.

(antecipadamente, desculpe pela notação estranha, que eu tentei tornar consistente em minhas postagens anteriores)

Essa é uma resposta geral para um sistema de n-corpos. Para o caso especial de um binário, a soma / integral pode ser resolvida explicitamente, levando a órbitas do mesmo período em torno do baricentro comum. Pode ser que você possa adicionar uma solução para este caso especial.
Você está certo, o OP declarou claramente o requisito, mas forneci uma resposta mais ampla, no entanto. Vou editar a resposta para corresponder a N = 2.
Ok, isso não é muito fácil agora: você pode transformar $ \ Delta $ em infinitisimals para obter uma equação diferencial e encontrar uma conexão com a 3ª lei de Kepler, como aqui: http://en.wikipedia.org/wiki / Gravitational_two-body_problem?
@Gerald Receio que não :) minha proposta nada mais é que um processo iterativo simples, onde perturbações adicionais podem ser introduzidas em cada etapa. Evitei diferenciais porque o problema não exige uma solução exata (e em parte porque isso exigiria a reabertura de alguns livros ...). Mas com base no seu comentário, parece que eu interpretei mal o OP: pensei que a pergunta fosse sobre trajetórias, mas pode ser sobre o "período", como duração?
Valeu a tentativa :) . Tenho entendido a questão no sentido de duração. No entanto, sua solução iterativa é mais robusta em relação às perturbações. Ao comparar as posições reais com as posições iniciais, é fácil descobrir o período (duração) durante uma simulação, se necessário.
Bem, @Gerald editou outra proposta de força bruta, usando a rotação planar como uma maneira fácil de detectar a revolução completa.
Assumindo que as órbitas coplanares estão ok para binários. Em sua fórmula para as coordenadas do cilindro, tome cuidado com a ambigüidade do arctan; As bibliotecas de software matemático geralmente fornecem uma versão do arctan com dois parâmetros para evitar essa ambigüidade.
Isso é muito complicado e não é necessário em um sistema binário.


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