Le problème des trois corps est un casse-tête réputé pour sa difficulté en physique et en mathématiques, et un exemple de la complexité du monde naturel. Deux objets en orbite l’un autour de l’autre, comme une planète solitaire en orbite autour d’une étoile, peuvent être décrits avec seulement une ou deux lignes d’équations mathématiques. Cependant, ajoutez un troisième corps et les mathématiques deviennent beaucoup plus compliquées. Étant donné que chaque objet influence les autres par sa gravité, calculer une orbite stable dans laquelle les trois objets coexistent est une tâche difficile.
Une équipe internationale de mathématiciens affirme avoir trouvé 12 000 nouvelles solutions à ce problème tristement célèbre, un ajout significatif aux centaines de scénarios connus auparavant. Leur travail a été publié sous forme de pré-impression sur la base de données arXiv.
Il y a plus de 300 ans, Isaac Newton a écrit ses lois fondamentales du mouvement, et les mathématiciens travaillent depuis presque toujours sur des solutions au problème des trois corps. Il n’y a pas une seule bonne réponse ; Au lieu de cela, il existe de nombreuses orbites qui peuvent fonctionner selon les lois de la physique pour trois objets en rotation.
Une planète en orbite autour d’une étoile – pas de problème. Deux planètes ou plus en orbite autour d’une étoile ? C’est l’un des plus gros problèmes de l’astrophysique. NASA
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Contrairement à la simple boucle de notre planète autour du Soleil, les orbites du problème des trois corps peuvent paraître tordues et emmêlées, comme des bretzels et des gribouillis. Les 12 000 objets nouvellement découverts ne font pas exception : trois objets hypothétiques partent de l’arrêt et, une fois libérés, sont attirés dans différentes spirales l’un vers l’autre par la gravité. Ils se précipitent alors l’un vers l’autre, s’éloignant de plus en plus jusqu’à ce que l’attirance prenne le dessus et qu’ils se retrouvent ensemble, répétant ce schéma encore et encore.
Les orbites «ont une très belle structure spatiale et temporelle», a déclaré à New Scientist l’auteur principal Ivan Hristov, mathématicien à l’Université de Sofia en Bulgarie. Khristov et ses collègues ont découvert ces orbites à l’aide d’un superordinateur, et il est convaincu qu’avec une technologie encore plus avancée, il pourrait en trouver «cinq fois plus».
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Les systèmes à trois corps sont assez courants dans l’Univers ; Il existe de nombreux systèmes stellaires comportant plusieurs planètes ou même plusieurs étoiles en orbite les unes autour des autres. En théorie, ces nouvelles solutions pourraient s’avérer extrêmement précieuses pour les astronomes qui tentent d’expliquer le cosmos. Mais ils ne sont utiles que s’ils sont stables, ce qui signifie que les modèles orbitaux peuvent se répéter au fil du temps sans se dégrader, projetant l’un des mondes composants dans l’espace. Ce n’est pas parce qu’ils sont théoriquement stables qu’ils résisteront aux nombreuses autres forces présentes dans un véritable système stellaire.
«Leur signification physique et astronomique deviendra plus claire après l’étude de leur stabilité – c’est très important», a déclaré Khristov.
Johan Frank, un astronome de l’Université d’État de Louisiane qui n’a pas participé aux travaux, est sceptique quant à la stabilité de ces orbites. «Ils ne se réaliseront probablement jamais dans la nature», a-t-il déclaré à New Scientist. «Après une interaction orbitale complexe mais prévisible, ces systèmes à trois corps se décomposent généralement en un système binaire et un troisième corps incontrôlable, généralement le moins massif des trois.»
Mais quoi qu’il en soit, ces solutions sont un miracle mathématique. Selon Khristov, «qu’ils soient stables ou instables, ils présentent un grand intérêt théorique».
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