Plus de 50% des étoiles de masse élevée résident dans plusieurs systèmes stellaires. Mais en raison de leurs interactions orbitales complexes, les physiciens ont du mal à comprendre à quel point ces systèmes sont stables et durables. Récemment, une équipe d’astronomes a appliqué des techniques d’apprentissage automatique à des simulations de plusieurs systèmes stellaires et a trouvé une nouvelle façon dont les étoiles de ces systèmes peuvent s’organiser.
La mécanique classique a un problème notoire connu sous le nom de problème des trois corps. Alors que les lois de la gravité de Newton peuvent facilement gérer les calculs des forces entre deux objets et leur évolution ultérieure, il n’y a pas de solution analytique connue lorsque vous incluez un troisième objet massif. En réponse à ce problème, les physiciens au cours des siècles ont développé divers schémas d’approximation pour étudier ces types de systèmes, concluant que la grande majorité des arrangements possibles à trois objets sont instables.
Mais il s’avère qu’il existe de nombreux systèmes à étoiles multiples dans la galaxie. En effet, plus de la moitié de toutes les étoiles massives appartiennent à au moins une paire binaire, et beaucoup d’entre elles appartiennent à des systèmes stellaires triples ou quadruples. Évidemment, les systèmes durent longtemps, sinon ils se seraient désintégrés depuis longtemps avant que nous ayons eu la chance de les observer. Mais à cause des limites de nos outils, nous avons du mal à évaluer comment ces systèmes s’organisent et quelles sont les options d’orbite stable existantes.
Récemment, une équipe d’astronomes a mené des dizaines de milliers de simulations de systèmes d’étoiles quadruples, faisant varier la masse et les distances orbitales de tous les objets. Ils ont ensuite exécuté les résultats de la simulation via un classificateur d’apprentissage automatique pour extraire les tendances générales et les catégories des structures des orbites stables.
Ils ont trouvé une telle structure d’orbites qui était déjà familière aux anciennes techniques analytiques. C’est ce qu’on appelle le triple système imbriqué. Vous commencez avec deux étoiles rapprochées en orbite autour d’un centre de masse commun. Ensuite, vous ajoutez une troisième étoile sur une orbite suffisamment grande autour de ces deux autres pour qu’à cette distance, les deux autres puissent tout aussi bien être une seule étoile. Ensuite, pour ajouter une quatrième étoile, placez-la à une distance encore plus grande afin qu’elle orbite autour des trois autres.
Mais leurs simulations et leur analyse d’apprentissage automatique ont également trouvé un nouveau type d’arrangement orbital. Dans cet arrangement, vous avez deux ensembles d’étoiles binaires, chaque ensemble orbitant autour d’un centre de masse commun.
Cet arrangement était tout aussi stable que l’arrangement triple imbriqué et a conduit à des systèmes qui pouvaient durer des centaines de millions d’années.
Les astronomes veulent comprendre comment ces systèmes s’organisent car cela nous indique comment les étoiles elles-mêmes se forment. Comprendre la structure actuelle des orbites stellaires dans les systèmes à plusieurs étoiles nous aide à dérouler l’horloge pour observer leur formation et indique aux astronomes comment évoluent les plus grandes étoiles de l’univers.
