El 'problema de los tres cuerpos' puede no ser tan caótico después de todo, sugiere un nuevo estudio
Los científicos que estudian el infame problema de los 3 cuerpos han descubierto ciertas "islas de regularidad" que surgen del caos gravitacional.
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El famoso y caótico problema de los tres cuerpos, que describe cómo interactúan gravitacionalmente tres masas, ha desconcertado a los físicos durante siglos. Ahora, una nueva investigación sugiere que no es tan caótico como pensaban los científicos, y ese hallazgo podría hacer que el problema sea más desconcertante que nunca.
Cuando se trazan soluciones al problema de los tres cuerpos en función de dónde comienzan los tres objetos en relación entre sí, surgen islas de estabilidad del caos, informaron los investigadores en la edición de septiembre de la revista Astronomy & Astrophysics. Estas islas podrían ayudar a los científicos a detectar agujeros negros en colisión, dijeron los investigadores.
Las interacciones gravitacionales entre dos cuerpos se pueden describir y mapear de manera confiable mediante ecuaciones. Pero cuando agregas un tercer objeto, las cosas se vuelven locas: los movimientos de los cuerpos son impredecibles y a menudo terminan con uno de los cuerpos siendo expulsado del sistema. Incluso pequeños cambios en sus masas, velocidades o posiciones iniciales a menudo conducen a resultados drásticamente diferentes.
En términos generales, los investigadores utilizan estadísticas para predecir con qué frecuencia cualquiera de los tres cuerpos será expulsado del sistema. Pero cuando Alessandro Trani, físico teórico del Instituto Niels Bohr de Dinamarca, y sus colegas realizaron simulaciones por computadora del problema de los tres cuerpos, sus resultados no coincidieron con las predicciones estadísticas.
Sus experimentos comenzaron con un binario (dos objetos orbitando entre sí) y un solo objeto acercándose desde otro lugar del espacio. A lo largo de más de un millón de simulaciones, el equipo alteró las posiciones de los dos cuerpos en el binario y el ángulo con el que se acercaba el objeto individual. Luego, dejaron que los tres cuerpos interactuaran hasta que finalmente uno fue expulsado del sistema.
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En un sistema puramente caótico, incluso un pequeño ajuste en las posiciones o ángulos de los tres cuerpos podría cambiar cuál de los tres objetos fue expulsado. Pero Trani y sus colegas encontraron varios rangos de posiciones y ángulos en los que siempre se expulsaba el mismo objeto. Estas "islas de regularidad" representan lagunas en el caos del problema de los tres cuerpos.
Estas zonas no caóticas podrían complicar la forma en que los investigadores predicen las interacciones de tres cuerpos en el espacio. Las predicciones que los científicos suelen aplicar a estas interacciones astrofísicas se basan en estadísticas, dijo Trani. Pero los cálculos puramente estadísticos no funcionan en problemas que incluyen regiones tanto de caos como de regularidad.
"Necesitamos tener una combinación de predicciones estadísticas para el espacio caótico y una combinación de teoría mecánica regular o teoría determinista para el espacio regular, y también necesitamos saber cómo combinar los resultados", dijo Trani a WordsSideKick.com. "Esa es la parte más difícil: identificar dónde el problema de los tres cuerpos es caótico y dónde no, sin realizar simulaciones".
Encontrar estas regiones de estabilidad también podría ayudar a los científicos a detectar y comprender las ondas gravitacionales que se liberan cuando los agujeros negros interactúan o se fusionan. Las interacciones entre tres agujeros negros, que son relativamente comunes dentro de los cúmulos de estrellas, pueden hacer que dos de ellos se acerquen uno hacia el otro. Pero las predicciones de estos acontecimientos captan sólo aquellos que resultan de interacciones caóticas. Podría haber más interacciones no caóticas entre tres agujeros negros y, por lo tanto, más oportunidades para estudiar ondas gravitacionales, dijo Trani.