Quando três objetos massivos se encontram no espaço, eles influenciam um ao outro através da gravidade de maneiras que evoluem de forma imprevisível. Em uma palavra: Caos. Esse é o entendimento convencional. Agora, um pesquisador da Universidade de Copenhague descobriu que tais encontros frequentemente evitam o caos e, em vez disso, seguem padrões regulares, onde um dos objetos é rapidamente expulso do sistema. Essa nova percepção pode ser vital para nossa compreensão das ondas gravitacionais e muitos outros aspectos do universo.

Um dos programas mais populares da Netflix no momento é a série de ficção científica 3-Body Problem. Baseada em uma série de romances chineses de Liu Cixin, a série envolve uma coleção de personagens, períodos de tempo e até visitantes extraterrestres. Mas a premissa central diz respeito a um sistema estelar no qual três estrelas gravitam em torno uma da outra.

Tal sistema, com três objetos influenciando a gravidade um do outro, tem fascinado cientistas desde que o "pai da gravidade", Isaac Newton, o descreveu pela primeira vez. Enquanto a interação entre dois objetos se encontrando no espaço é previsível, a introdução de um terceiro objeto massivo torna o encontro triádico não apenas complexo, mas caótico.

"O Problema dos Três Corpos é um dos problemas insolúveis mais famosos da matemática e da física teórica. A teoria afirma que quando três objetos se encontram, sua interação evolui caoticamente, sem regularidade e completamente separada do ponto de partida", explica Alessandro Alberto Trani, do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague.

Trani espera que a descoberta abra caminho para modelos astrofísicos aprimorados, já que o Problema dos Três Corpos não é apenas um desafio teórico. O encontro de três objetos no universo é uma ocorrência comum e sua compreensão é crucial. A pesquisa foi publicada no periódico Astronomy & Astrophysics .

"Se quisermos entender as ondas gravitacionais, que são emitidas por buracos negros e outros objetos massivos em movimento, as interações dos buracos negros quando eles se encontram e se fundem são essenciais. Forças imensas estão em jogo, particularmente quando três deles se encontram. Portanto, nossa compreensão de tais encontros pode ser uma chave para compreender fenômenos como ondas gravitacionais , a própria gravidade e muitos outros mistérios fundamentais do universo", diz o pesquisador.

Para investigar o fenômeno, Trani codificou seu próprio programa de software, Tsunami, que pode calcular os movimentos de objetos astronômicos com base no conhecimento que temos sobre as leis da natureza, como a gravidade de Newton e a relatividade geral de Einstein. Trani o configurou para executar milhões de simulações de encontros de três corpos dentro de certos parâmetros definidos.

Os parâmetros iniciais para as simulações foram as posições de dois dos objetos em sua órbita mútua — ou seja, sua fase ao longo de um eixo de 360 graus. Então, o ângulo de aproximação do terceiro objeto — variando em 90 graus.

Os milhões de simulações foram espalhados pelas várias combinações possíveis dentro desta estrutura. Como um todo, os resultados formam um mapa aproximado de todos os resultados concebíveis, como uma vasta tapeçaria tecida a partir dos fios das configurações iniciais. É aqui que as ilhas de regularidade aparecem.

As cores representam o objeto que eventualmente é ejetado do sistema após o encontro. Na maioria dos casos, esse é o objeto com a menor massa.

"Se o problema dos três corpos fosse puramente caótico, veríamos apenas uma mistura caótica de pontos indistinguíveis, com todos os três resultados se misturando sem nenhuma ordem discernível. Em vez disso, 'ilhas' regulares emergem desse mar caótico, onde o sistema se comporta previsivelmente, levando a resultados uniformes — e, portanto, cores uniformes", explica Trani.

Esta descoberta traz grandes promessas para uma compreensão mais profunda de um fenômeno que de outra forma seria impossível. No curto prazo, no entanto, representa um desafio para os pesquisadores. Caos puro é algo que eles já sabem como calcular usando métodos estatísticos, mas quando o caos é interrompido por regularidades, os cálculos se tornam mais complexos.

"Quando algumas regiões neste mapa de resultados possíveis de repente se tornam regulares, isso desequilibra os cálculos de probabilidade estatística, levando a previsões imprecisas. Nosso desafio agora é aprender como misturar métodos estatísticos com os chamados cálculos numéricos, que oferecem alta precisão quando o sistema se comporta regularmente", diz Trani.

"Nesse sentido, meus resultados nos colocaram de volta à estaca zero, mas, ao mesmo tempo, oferecem esperança para um nível totalmente novo de compreensão a longo prazo", diz ele.