Nous venons de recevoir 12 000 nouvelles solutions au fameux problème des trois corps

En 1687, Isaac Newton formula ses lois du mouvement universel et de la gravitation, mettant en lumière le mouvement des étoiles, des lunes et des planètes lointaines.

D’un simple coup de plume, les travaux pionniers de Newton ont également déclenché une recherche de plusieurs siècles de solutions mathématiques pour maîtriser les systèmes triadiques chaotiques, tels que le Soleil, la Lune et la Terre, sur lesquels les chercheurs s’interrogent encore aujourd’hui.

Ivan Hristov de l’Université de Sofia en Bulgarie et ses collègues sont les derniers d’une longue lignée d’astronomes et de mathématiciens qui, depuis l’époque de Newton, tentent de trouver des solutions pour expliquer comment trois corps célestes restent enfermés dans une danse stable, se jetant sous forces gravitationnelles mutuelles sans entrer en collision ni se lancer dans l’espace. .

Le dilemme s’appelle Problème à trois corpsIl s’étend à n’importe quel trio de corps gravitationnellement intriqués. La solution permettra aux astronomes de tracer les mouvements attendus de ces objets compte tenu de leurs positions et vitesses initiales.

Cela peut paraître simple, mais introduire un troisième corps dans un système à deux corps rend la prévision de ces mouvements beaucoup plus difficile. Supercalculateurs Les réseaux de neurones ont certainement aidé.

Aujourd’hui, Hristov et ses collègues ont rapporté 12 409 modèles orbitaux pour des systèmes à trois corps qui fonctionnent dans les limites des lois de Newton et ont trois masses égales. Il s’agit d’un nombre surprenant de solutions qui n’ont pas encore été évaluées par des pairs, mais qui devraient néanmoins susciter un débat sain.

Aucune solution globale et globale au problème des trois corps n’a été trouvée ; La plupart des systèmes entraînent des mouvements chaotiques difficiles à prévoir.

Mais, comme cette dernière étude, un ensemble de solutions ont été découvertes pour des cas particuliers, lorsque le système fonctionne sous certaines conditions. Cependant, certains sont plus pertinents que d’autres pour l’astronomie pratique.

Ce dernier lot de solutions concerne les systèmes dans lesquels les trois objets sont initialement stationnaires, avant de « tomber » dans les griffes gravitationnelles les uns des autres. Ainsi, même si les solutions peuvent satisfaire les mathématiciens curieux, elles ont probablement peu d’applications dans le monde réel.

« La plupart, sinon la totalité, nécessitent des conditions initiales si précises qu’elles ne sont probablement jamais atteintes dans la nature », a déclaré Johann Frank, physicien à l’Université d’État de Louisiane. Dire Le journaliste Matthew Sparks nouveau monde.

Cependant, Hristov et ses collègues ont utilisé un superordinateur pour s’appuyer sur des travaux antérieurs, Il a été publié en 2019qui a découvert plus de 300 nouvelles familles d’orbites périodiques pour le problème des trois corps en chute libre, en particulier.

Selon Kristof et ses collègues« Ce travail laissait beaucoup à désirer » Ils ont donc cherché à résoudre le point de discorde mathématique, à savoir que les objets dans les systèmes en chute libre ne tombent pas sur des orbites fermées et déformées mais oscillent le long de trajectoires ouvertes. Cependant, les travaux de Hristov et de ses collègues sont différents, car ils prennent en compte trois objets de masse égale, plutôt que des objets aléatoires.

Les orbites en chute libre « pourraient présenter un intérêt astronomique », affirment Hristov et ses collègues Il écrit. Bien que cela dépende de la stabilité des nouvelles solutions lorsque l’influence d’objets distants ou du vent solaire est prise en compte.

Les systèmes à trois corps ont tendance à s’effondrer, explique Frank, lorsque deux objets se combinent en un système binaire et crachent une troisième masse.

Pour l’instant, au moins Hristov est juste Fête Dans la beauté des orbites attendues. « Stable ou instable – cela présente un grand intérêt théorique. » Dire Des étincelles. « Ils ont une très belle structure spatiale et temporelle. »

C’était l’étude Publié sur arXiv Avant l’examen par les pairs.