Imaginez trois étoiles dans l’espace, chacune tirée dans différentes directions par l’attraction gravitationnelle des autres. Ce trio d’objets massifs en constante interaction semble suivre un schéma imprévisible et chaotique. Ce phénomène, connu sous le nom de problème des trois corps, intrigue les scientifiques depuis des siècles en raison de la complexité des mouvements qu’il engendre. Une nouvelle étude révèle que ce chaos apparent pourrait en réalité cacher des régularités surprenantes, ce qui offre au passage une nouvelle perspective sur la façon dont ces systèmes interagissent.
Qu’est-ce que le problème des trois corps ?
Depuis Isaac Newton, nous savons que la gravité permet de prédire avec précision les mouvements de deux objets dans l’espace, comme la Terre qui tourne autour du Soleil. Dans ce cas, les calculs sont simples : la force gravitationnelle entre les deux objets est prévisible et suit des lois bien établies. Cependant, ajouter un troisième objet à cette équation complique radicalement la situation. La dynamique entre trois objets massifs devient en effet chaotique et presque impossible à prévoir.
En d’autres termes, quand trois objets se rencontrent dans l’espace, leurs interactions gravitationnelles évoluent de manière apparemment imprévisible. Ce phénomène, connu sous le nom de problème des trois corps, est l’un des défis les plus célèbres des mathématiques et de la physique.
Une découverte pourrait néanmoins bouleverser cette idée reçue. Alessandro Alberto Trani, chercheur de l’Institut Niels Bohr à l’Université de Copenhague, vient en effet de mettre en lumière des éléments nouveaux qui remettent en question l’idée d’un chaos total.
Des îlots de régularité
Dans le cadre de son étude, le chercheur a réalisé une série de simulations pour explorer les interactions gravitationnelles entre trois objets massifs, tels que des étoiles ou des trous noirs. Pour ce faire, il a développé un logiciel appelé Tsunami, conçu pour modéliser le mouvement des objets astronomiques en utilisant les lois de la gravité formulées par Newton ainsi que la relativité générale d’Einstein.
Le chercheur a ensuite défini des paramètres initiaux pour ses simulations. Cela incluait la position de deux des objets sur leur orbite et l’angle d’approche du troisième objet. En plaçant les objets dans différentes positions et orientations au début de chaque simulation, il a pu observer comment ces configurations initiales affectent les résultats.
Le chercheur a également exécuté des millions de simulations en variant les paramètres pour examiner comment les trois objets interagissent sous diverses configurations. Cette approche lui a permis de créer une carte exhaustive des résultats possibles de ces rencontres qui tient compte des nombreuses manières dont les objets peuvent interagir.
À partir des résultats de ses simulations, le chercheur a identifié des îlots de régularité au sein du chaos habituel du problème des trois corps. Contrairement à ce que l’on pourrait attendre d’un système chaotique, il a en effet découvert qu’il existe des périodes où les objets suivent des schémas prévisibles. Cela se produit lorsque l’un des trois objets, généralement celui qui a la masse la plus faible, se retrouve expulsé du système, tandis que les deux autres continuent à orbiter l’un autour de l’autre.

Pourquoi cette découverte est-elle importante ?
En révélant que certaines configurations de trois objets massifs peuvent mener à des comportements prévisibles, cette recherche améliore notre compréhension des interactions complexes dans l’Univers comme celles impliquant des étoiles, des planètes ou des trous noirs.
Ces résultats ont notamment des implications directes pour l’étude des ondes gravitationnelles, des perturbations dans l’espace-temps causées par des événements cosmiques violents comme la fusion de trous noirs. En comprenant mieux comment ces objets interagissent, les chercheurs peuvent affiner alors leurs modèles sur la manière dont les ondes gravitationnelles sont générées et détectées.
Cette étude pourrait également inciter d’autres chercheurs à explorer d’autres aspects du problème des trois corps et à enquêter sur d’autres systèmes complexes dans l’Univers, ce qui ouvrirait ainsi la voie à de nouvelles découvertes et à une meilleure compréhension de la dynamique de l’Univers.
Bien que cette découverte offre des perspectives prometteuses, elle pose également un défi considérable pour les chercheurs. Jusqu’à présent, le problème des trois corps était principalement appréhendé comme un phénomène chaotique, ce qui permettait l’application de méthodes statistiques pour prédire les interactions entre les objets. Cependant, avec la révélation que certaines configurations particulières peuvent conduire à l’éjection d’un des objets, laissant ainsi deux autres interagir de manière plus ordonnée, il devient impératif d’adapter les approches existantes. Les chercheurs devront désormais intégrer des méthodes statistiques appropriées pour les comportements chaotiques avec des calculs numériques adaptés aux interactions régulières.