Studiul, publicat în jurnalul Astronomy & Astrophysics, dezvăluie existența unor „insule” de stabilitate în interiorul acestui haos, o descoperire care ar putea avea implicații semnificative pentru înțelegerea interacțiunilor cosmice.
Ce este „problema celor trei corpuri” și de ce este atât de complicată?
Interacțiunile gravitaționale dintre două corpuri, cum ar fi o planetă și o stea, sunt relativ ușor de descris prin ecuațiile fizicii. Însă, atunci când un al treilea obiect este introdus în sistem, mișcările devin extrem de complexe și imprevizibile. Aceasta este esența „problemei celor trei corpuri”, care pune în dificultate cercetătorii de secole. În majoritatea cazurilor, unul dintre obiecte este expulzat din sistem, în urma unor interacțiuni haotice și greu de prezis.
O mică modificare în masa, viteza sau poziția unuia dintre obiecte poate schimba radical rezultatul, transformând calculul acestor interacțiuni într-un proces extrem de dificil.
Noi perspective: stabilitate în mijlocul haosului
Cercetătorii conduși de Alessandro Trani, fizician la Institutul Niels Bohr din Danemarca, au folosit simulări computerizate pentru a explora interacțiunile dintre un sistem binar (două obiecte care se orbitează reciproc) și un al treilea obiect care se apropie dintr-o altă direcție. După ce au realizat peste un milion de simulări, au descoperit că, în anumite poziții și unghiuri specifice, același obiect este întotdeauna expulzat din sistem. Aceste zone stabile din sistem au fost denumite „insule de regularitate”.
Descoperirea acestor „insule” este importantă deoarece ele demonstrează că, în anumite condiții, comportamentul celor trei corpuri poate fi previzibil, contrazicând convingerea larg răspândită că aceste sisteme sunt pur haotice.
Implicații pentru predicțiile astrofizice
Identificarea acestor zone de stabilitate complică modul în care cercetătorii prezic interacțiunile dintre trei corpuri. Până acum, majoritatea predicțiilor erau realizate pe baza simulărilor statistice, care se concentrau pe haos. Însă, potrivit lui Trani, calculele statistice nu funcționează eficient în situațiile care includ atât haos, cât și stabilitate recurentă. Acum, oamenii de știință trebuie să îmbine două abordări diferite: predicțiile statistice pentru zonele haotice și ecuații deterministe pentru regiunile stabile.
„Cea mai mare provocare este să identificăm cu exactitate unde avem haos și unde avem stabilitate, fără a fi nevoiți să facem simulări pentru fiecare caz în parte,” explică Trani.
Relevanță pentru studiul găurilor negre și undelor gravitaționale
Această descoperire ar putea juca un rol crucial în înțelegerea undelor gravitaționale – unde create de coliziunea dintre găuri negre. Interacțiunile dintre trei găuri negre sunt relativ comune în clusterele de stele, iar două dintre ele pot fi împinse să se ciocnească în urma acestor interacțiuni.
Până acum, astfel de interacțiuni au fost studiate mai ales în contextul haosului. Dar dacă există mai multe zone de stabilitate în care găurile negre interacționează într-un mod previzibil, cercetătorii ar putea avea noi oportunități de a studia și detecta aceste unde gravitaționale.
Descoperirea „insulelor” de stabilitate în problema celor trei corpuri deschide noi perspective asupra unor fenomene cosmice complexe, oferindu-le fizicienilor un instrument valoros pentru explorarea interacțiunilor gravitaționale la scară cosmică.