O famoso caótico problema dos três corposque descreve como três massas interagem gravitacionalmente, tem intrigado os físicos há séculos. Agora, uma nova investigação sugere que não é tão caótico como os cientistas pensavam – e essa descoberta pode tornar o problema mais intrigante do que nunca.
Quando as soluções para o problema dos três corpos são mapeadas com base em onde os três objetos começam em relação uns aos outros, ilhas de estabilidade emergem do caos, relataram pesquisadores na edição de setembro da revista. Astronomia e Astrofísica. Essas ilhas poderiam ajudar os cientistas a detectar buracos negros em colisão, disseram os pesquisadores.
As interações gravitacionais entre dois corpos podem ser descritas e mapeadas de forma confiável usando equações. Mas quando você adiciona um terceiro objeto, as coisas ficam loucas – os movimentos dos corpos são imprevisíveis e muitas vezes terminam com um dos corpos sendo expulso do sistema. Mesmo pequenas mudanças nas suas massas, velocidades ou posições iniciais muitas vezes levam a resultados drasticamente diferentes.
Em termos gerais, os investigadores utilizam estatísticas para prever com que frequência qualquer um dos três corpos será ejetado do sistema. Mas quando Alessandro Tranium físico teórico do Instituto Niels Bohr, na Dinamarca, e seus colegas realizaram simulações computacionais do problema dos três corpos, seus resultados não corresponderam às previsões estatísticas.
Seus experimentos começaram com um binário – dois objetos orbitando um ao outro – e um único objeto se aproximando de algum outro lugar no espaço. Ao longo de mais de um milhão de simulações, a equipe alterou as posições dos dois corpos no binário e o ângulo em que o objeto único se aproximou. Então, eles deixaram os três corpos interagirem até que um deles fosse expulso do sistema.
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Num sistema puramente caótico, mesmo um pequeno ajuste nas posições ou ângulos dos três corpos poderia mudar qual dos três objetos foi ejetado. Mas Trani e seus colegas encontraram vários intervalos de posições e ângulos onde o mesmo objeto era sempre expulso. Estas “ilhas de regularidade” representam lacunas no caos do problema dos três corpos.
Estas zonas não caóticas podem complicar a forma como os investigadores prevêem as interações de três corpos no espaço. As previsões que os cientistas normalmente aplicam a estas interações astrofísicas baseiam-se em estatísticas, disse Trani. Mas os cálculos puramente estatísticos não funcionam em problemas que incluem regiões de caos e regularidade.
“Precisamos ter uma mistura de previsões estatísticas para o espaço caótico e uma mistura de teoria mecânica regular ou teoria determinística para o espaço regular, e também precisamos saber como misturar os resultados”, disse Trani ao WordsSideKick.com. “Essa é a parte mais difícil: identificar onde o problema dos três corpos é caótico e onde não é, sem executar simulações.”
Encontrar estas regiões de estabilidade também pode ajudar os cientistas a detectar e compreender as ondas gravitacionais, que são libertadas quando os buracos negros interagem ou se fundem. As interações entre três buracos negros, que são relativamente comuns dentro de aglomerados estelares, podem fazer com que dois deles se aproximem um do outro. Mas as previsões destes eventos capturam apenas aqueles resultantes de interações caóticas. Poderia haver mais interações não caóticas acontecendo entre três buracos negros e, portanto, mais oportunidades para estudar ondas gravitacionais, disse Trani.
