Når tre tunge objekter mødes i verdensrummet, påvirker de hinanden med tyngdekraften på måder, der udvikler sig ganske uforudsigeligt og kaster objekterne ud i kaos. Det såkaldte “trelegeme-problem” (Three-Body problem) har fascineret forskere siden tyngdekraftens fader, Isaac Newton, for første gang beskrev det. Men nu har forskere fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet opdaget en lille smule orden i det gamle problem.

»Three-body-problem er et af de mest berømte uløselige problemer i matematikken og den teoretiske fysik. Teorien siger, at når tre objekter mødes, vil deres interaktion udvikle sig kaotisk, uden regelmæssighed og samtidigt helt løsrevet fra udgangspunktet. Men vores millioner af simulationer viser, at der er huller i det kaos – eller øer af regelmæssighed, som er direkte afhængige af, hvordan de tre objekter er placeret i forhold til hinanden, når de mødes, og den hastighed og vinkel, de gør det ved,« forklarer Alessandro Trani fra Niels Bohr Institutet.

Han håber at opdagelsen baner vejen for bedre modeller i astrofysikken. Three Body Problem er nemlig ikke bare en teoretisk udfordring. Tre objekter, der mødes, er noget, der sker hele tiden i universet.

»Hvis vi skal forstå bølger af tyngdekraft, som strømmer fra sorte huller og andre tunge objekter i rummet i bevægelse, så er interaktioner mellem sorte huller, der mødes og smelter sammen, helt afgørende. Især når tre af dem mødes, er der store kræfter i spil. Derfor kan vores forståelse af sådanne møder være en nøgle til at forstå fænomener som gravitationsbølger, tyngdekraften selv, og mange andre af universets mysterier helt grundlæggende,« siger forskeren.

Opdagelsen giver i første omgang forskerne en ny udfordring. Kaos ved man nemlig, hvordan man regner på ved hjælp af statistiske regnemetoder. Men når det kaos brydes op af regelmæssigheder, bliver det mere kompliceret.

»Når der pludselig er områder i det her kort over mulige udfald, der er regelmæssigt, så forstyrrer det beregningerne. Og så bliver forudsigelserne upræcise. Så nu er vores udfordring, at lære, hvordan man blander de statistiske metoder med det, der hedder numeriske beregninger, som giver høj præcision, når systemer opfører sig regelmæssigt,« siger Alessandro Trani.

Billedet viser millioner af simulationer, der tilsammen danner et kort, der repræsenterer alle tænkelige udfald af tre tunge objekter som mødes. Hvis trelegeme-problemet var rent kaos, ville vi kun se en kaotisk blanding prikker. I stedet dukker regelmæssige “øer” op fra dette kaotiske hav, hvor systemet opfører sig forudsigeligt, hvilket fører til ensartede udfald – og derfor ensartede farver.

Kristian Bjørn-Hansen, Københavns Universitet, A&A, 689, A24 (2024).