銀河系中央黑洞附近的恒星運動只能預測幾百年

2025-11-25 00:49:39 分類：焦點 閱讀(33)

銀河系中心黑洞周圍恒星運動的模擬。左邊顯示的系中是恒星的軌道。這些軌道已經計算了一萬年。洞附三亞同城外圍上門外圍女上門（電話微信181-2989-2716）提供1-2線熱門城市快速安排30分鐘到達看起來星星不會偏離它們的恒星軌道。右邊的百年面板是擁擠中心附近的放大圖。它揭示了恒星沿著它們的銀河央黑運動預測軌道有相當大的變化。例如，系中黃色軌道在這10，洞附000年內的恒星波動范圍是地球到太陽距離的40倍。鳴謝:uux.cn/西蒙·波特吉斯·茲瓦特等人
（神秘的百年地球uux.cn）據荷蘭天文研究學院：27顆恒星緊緊圍繞銀河系中心的黑洞運行，它們的銀河央黑運動預測軌道如此混亂，以至于研究人員無法自信地預測它們在大約462年后會在哪里。系中這一發(fā)現(xiàn)來自荷蘭和英國的洞附三亞同城外圍上門外圍女上門（電話微信181-2989-2716）提供1-2線熱門城市快速安排30分鐘到達三位天文學家的模擬。研究人員在《國際現(xiàn)代物理學雜志》和《皇家天文學會月報》上發(fā)表了他們的恒星發(fā)現(xiàn)。
模擬27顆恒星以及它們彼此之間和與黑洞之間的百年相互作用，說起來容易做起來難。例如，幾個世紀以來，預測兩個以上相互作用的恒星、行星、巖石或其他物體的運動是不可能的。直到2018年，萊頓的研究人員才開發(fā)出一種計算機程序，其中舍入誤差不再在計算中發(fā)揮作用。有了這個，他們能夠計算出三顆假想恒星的運動。現(xiàn)在，研究人員擴大了他們的計劃，以處理27顆恒星，按照天文學標準，這些恒星靠近銀河系中心的黑洞。
對27顆大質量恒星和黑洞的模擬產生了一個驚喜。雖然恒星仍然在黑洞周圍的軌道上，但恒星之間的相互作用表明軌道是混沌的。這意味著由潛在的相互作用引起的微小擾動會改變恒星的軌道。這些變化呈指數增長，從長遠來看，使得恒星的軌道不可預測。
黑洞傳遞震動
“已經過了462年，我們無法有把握地預測軌道。這短得驚人，”天文學家西蒙·波特吉斯·茲瓦特(荷蘭萊頓大學)說。他將其與我們的太陽系相比較，1200萬年后，我們的太陽系不再是可預測的。
“所以，黑洞附近比我們的要混亂3萬倍，我們根本沒想到會這樣。當然，太陽系要小大約2萬倍，質量小幾百萬倍，只有8個相對較輕的物體，而不是27個大質量物體，但是，如果你事先問我，這應該沒什么大不了的。”
根據研究人員的說法，混沌每次都以大致相同的方式出現(xiàn)。總有兩到三顆星相互靠近。這導致了恒星間的相互推拉。這反過來導致恒星軌道略有不同。那些恒星環(huán)繞的黑洞然后被輕微推開，這反過來被所有的恒星感受到。這樣，兩顆恒星之間的微小相互作用就會影響到中央星團中的所有27顆恒星。
放大軌道
“我們的模擬每次運行10，000年。Tjarda Boekholt(2015年Portegies Zwart的前研究生，現(xiàn)在在英國牛津大學工作)說:“從鳥瞰的角度來看，恒星的軌道似乎不會隨時間而改變。“只有當你開始放大一段軌道時，混亂的變化才變得可見。這些變化可以達到高達四十個天文單位的大值，這是地球到太陽距離的四十倍。”
研究人員喜歡把黑洞的混亂比作在城市中騎車。你知道大概需要多長時間，但是準確的時間是不可能預測的。如果一座橋開著，或者有人跳到你的自行車前面，你可能會晚幾分鐘到達。
“黑洞周圍的恒星也是這樣，”Portegies Zwart說。“你知道意外事件經常發(fā)生，并且會導致指數變化，這是我們現(xiàn)在可以測量的。但這意味著，462年后，銀河系中心的黑洞和圍繞它運行的27顆恒星不再是可以預測的了。我們不再能夠可靠地預測那些恒星的位置和速度。”
對于Portegies Zwart和他的同事來說，462年并不重要。“462年當然很短，但我們的觀點是，作為天文學家，我們必須以不同于以往的方式看待黑洞附近發(fā)生的事情，”Portegies Zwart說。“我們必須為它找到新的詞語。例如，我開始與Tjarda Boekholt一起建立一個定義詞匯表，只是因為沒有任何現(xiàn)有的術語可以準確地捕捉到我們正在觀察的這種新類型的混沌行為。”
斷斷續(xù)續(xù)的混亂
研究人員將這種現(xiàn)象稱為“間歇混沌”這個術語是受進化生物學的啟發(fā)，進化生物學中出現(xiàn)了相反的情況:所謂的間斷平衡。這是關于物種內部的進化，那里經常有一個長期的平衡，只是偶爾被一個令人震驚的事件打破。
“在這項研究之前，你不知道模擬中的混沌是否有物理根源，或者它是否源于舍入誤差和其他計算問題，”合著者Douglas Heggie說，他是愛丁堡大學(英國)退休但仍然活躍的數學家和天文學家，也是N體問題領域的先驅。
“我們已經在許多方面對模擬和基礎計算進行了測試。我們的結果很可靠。我們現(xiàn)在能夠對多恒星系統(tǒng)的混沌行為做出真實的陳述。這太棒了，”海格說。