27 étoiles et un trou noir: le grand chaos
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Simulation des mouvements d'étoiles autour du trou noir au centre de la Voie lactée.
À gauche, les orbites des étoiles sont présentées. Ces orbites ont été calculées sur 10 000 ans. Il semble que les étoiles ne divergent pas de leurs orbites.
Le panneau de droite est un zoom près du centre très peuplé. Il révèle que les étoiles connaissent des variations considérables le long de leurs orbites. Par exemple, l'orbite jaune fluctue dans ces 10 000 ans dans une plage de quarante fois la distance de la Terre au Soleil.
Crédit: Simon Portegies Zwart et al.
Jusqu'à récemment, prédire les mouvements de plus de deux étoiles en interaction était un défi technique. Simon Portegies Zwart de l'Université de Leiden et ses collègues ont révolutionné cette dynamique en 2018. Ils ont développé un programme informatique qui a permis de calculer les mouvements de trois étoiles imaginaires, en éliminant les erreurs d'arrondi qui gênaient les calculs précédents.
Le groupe a maintenant étendu leur modèle à 27 étoiles en orbite autour du trou noir de notre galaxie. Les résultats ont été publiés dans deux articles dans les revues International Journal of Modern Physics D et Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Selon Simon Portegies Zwart, l'incertitude sur ces orbites n'est pas anodine. "Après seulement 462 ans, nous ne pouvons plus prédire les orbites avec certitude. C'est incroyablement court," dit-il. À titre de comparaison, le Système solaire n'est plus prévisible avec certitude après 12 millions d'années.
L'interaction entre les étoiles elle-même engendre ce chaos. Tjarda Boekholt, ancien étudiant de Portegies Zwart et maintenant à l'Université d'Oxford, indique que des variations chaotiques deviennent visibles lorsque l'on zoome sur un segment d'une orbite. Ces variations peuvent atteindre jusqu'à quarante unités astronomiques.
Les chercheurs ont même créé un nouveau terme pour décrire ce phénomène: le "chaos ponctué". Ce terme s'inspire de la biologie évolutive où le phénomène opposé, l'équilibre ponctué, est observé. Douglas Heggie, mathématicien et astronome à la retraite mais toujours actif à l'Université d'Édimbourg, confirme que les simulations et les calculs sont solides et fiables.