Ce se întâmplă când se întâlnesc 3 găuri negre. Fizicienii au găsit „insule” de stabilitate în haosul din „problema celor trei corpuri”

„Problema celor trei corpuri” din fizică, o întrebare despre felul în care trei corpuri interacționează gravitațional între ele, îi fascinează și pune în dificultate pe fizicieni de secole. O cercetare recentă arată, însă, că sistemele gravitaționale cu trei corpuri nu sunt atât de haotice pe cât se credea, iar descoperirea ar putea să facă problema mai complicată ca niciodată, conform LiveScience.com.

Când soluțiile la problema celor trei corpuri sunt gândite pe baza locului în care cele trei corpuri sunt în relație unul cu celălalt, „insule” de stabilitate apar din haos, spun cercetătorii care au studiat atent problema, într-un articol publicat în numărul din septembrie al jurnalului științific Astronomy&Astrophysics. Aceste „insule” i-ar putea ajuta pe cercetători să detecteze găuri negre care intră în coliziune una cu alta.

Interacțiunile gravitaționale dintre două corpuri pot fi descrise și cartografiate cu încredere mare, cu ajutorul ecuațiilor. Însă când este adăugat un al treile obiect, lucrurile se complică radical – mișcarea corpurilor devine inpredictibilă și se încheie, de cele mai multe ori cu aruncarea din sistem a unuia dintre corpuri.

Chiar și mici schimbări la masa, viteza sau poziția unuia dintre obiecte poate să schimbe drastic rezultatul.

În general, cercetătorii folosesc simulări statistice pentru a prezice cât de des unul dintre corpuri este aruncat din sistem, însă când Alessandro Trani, fizician în domeniul fizicii teoretice la Institutul Niels Bohr din Danemarca, a făcut simulăr împreună colegii săi, rezultatele nu s-au potrivit cu predicțiile pe bază de statistică.

Experimentele lor au început cu un sistem binar – două obiecte care se orbitează reciproc și un singur obiect care se apropie de ele dintr-o altă direcție în spațiu. În cadrul a peste un milion de simulări, echipa de cercetători a schimbat pozițiile celor  ouă corpuri în sistemul binar la unghiul din care se apropia al treilea obiect. Apoi, au lăsat cele trei corpuri să interacționeze până ce unul dintre ele a fost aruncat în afara sistemului.

Într-un sistem pur haotic, chiar și o mică ajustare a pozițiilor sau unghiurilor celor trei corpuri ar putea să schimbe deznodământul – care dintre cele trei este aruncat din sistem – însă Trani și colegii săi au descoperit că sunt mai multe game de poziții și unghiuri în care același obiect este aruncat mereu din sistem. Aceste „insule de regularitate” arată că există goluri în interiorul haosului problemei celor trei corpuri.

Aceste „insule” fără haos ar putea complica felul în care cercetătorii prezic interacțiunile între trei corpuri în spațiu. Predicțiile pe care ei le fac în ce privește aceste interacțiuni astrofizice se bazează pe simulări statistice, spune Trani. Însă calcule pur statistice nu funcționează în probleme care funcționează și pe bază de probabilitate (haos), dar și pe bază de stabilitate recurentă.

„Trebuie să începem să folosim o combinație – predicție statistică pentru spațiul haotic și o teorie a mcanicii obișnuită sau teorii deterministe pentru cel regulat și mai trebuie și să știm cum să combinăm adecvat rezultatele din cele două”, a explicat Trani.

„Asta e cea mai dificilă problemă, să identificăm unde avem haos și unde nu avem fără să facem simulări”, a adăugat el.

Găsirea acestor „insule” de stabilitate ar putea să-i ajute pe cercetători să găsească și să înțeleagă undele gravitaționale – elemente fizice eliberate în momentul în care găurile negre se izbesc una de cealaltă și se combină.

Interacțiunile între trei găuri negre, fenomene relativ comune în interiorul „ciorchinilor” de stele, pot trimite două dintre ele una spre cealaltă. Însă predicțiile pentru aceste evenimente cosmice pot funcționa doar pentru interacțiuni pe bază de haos.

Trani spune că ar putea exista și mai multe interacțiuni non-haotice care au loc între trei găuri negre, ceea ce ar oferi oportunități numeroase de a studia undele gravitaționale.