
這位藝術家對一顆恆星距離超大質量黑洞太近的印象忽略了它與鄰居相互作用所造成的混亂。
圖片來源:ESO/M。科恩梅塞爾 (抄送4.0)
20 世紀末最偉大的科學發現之一是許多系統,使得它們無法提前預測。例如,無論我們收集多少有關天氣的數據,我們都無法確定一個月後是否會下雨(這與確定平均氣候趨勢不同)。軌道可能是相似的,特別是當受到更大物體的引力時。新的研究表明,這種情況發生的速度快得驚人,位於銀河系中心的超大質量黑洞。
地球軌道發生變化,從圓形變成稍微拉長,然後再返回。然而,如果你想預測一千年後甚至一百萬年後地球的運行軌跡,你就可以非常接近地預測地球的運行軌跡,從而為生命繁盛的穩定做出貢獻。
對於小行星來說並非如此,它們更受到行星引力和行星引力的影響。。因此,沒有人確切知道像阿波菲斯這樣的小行星在與另一顆行星相撞、撞向太陽或被拋入太陽系之前是否會撞擊地球。儘管如此,我們可以很好地預測它的構成。
在星系中心的超大質量黑洞(SMBH)周圍,恆星同樣受到質量數百萬倍的重力場以及彼此之間的影響。因此,它們的軌道提前很久就無法預測也就不足為奇了。然而,考慮到這些恆星運行的規模更大,我們失去知道會發生什麼的能力的時間點似乎會更加遙遠,這似乎是合乎邏輯的。
相反,根據兩篇新論文,我們甚至無法判斷五個世紀後它們會在哪裡。
作者應用了最先進的電腦程序,對危險地接近人馬座 A* 的 27 顆恆星在多種力的影響下進行軌道建模。
萊頓大學教授西蒙·波特吉斯·茲瓦特 (Simon Portegies Zwart) 在一份報告中表示:“462 年過去了,我們仍無法自信地預測軌道。”陳述。 “這太短了。”相比之下,該計劃失去了對 1200 萬年後太陽系的可預測性。
「所以,黑洞附近的混亂程度是我們的 30,000 倍,我們根本沒有想到會出現這種情況,」Portegies Zwart 繼續說道。 「當然,太陽系大約小20,000 倍,質量少了數百萬倍,並且只有8 個相對較輕的物體,而不是27 個大質量的物體,但是,如果你事先問過我,那就不那麼重要了」。
無論模擬的起始條件如何,最終作者發現兩到三顆恆星靠得很近,它們的力相互作用,改變了彼此的軌道。接近程度的差異決定了恆星隨後的運動。事件發生的距離SMBH越近,分離距離的微小差異所造成的後果就越大,其規模可能達到普朗克長度,比原子寬度小數萬億倍。
儘管每顆恆星的質量與人馬座 A* 相比很小,但它們的引力仍然會影響它,因此超大質量黑洞的位置會根據恆星在近距離接觸時發生的情況而略有不同。
當該地區的所有其他恆星都隨著SMBH的曲調起舞時,即使其位置發生輕微的變化也會波及所有其他恆星。很快,即使那些不屬於近距離接觸的衛星也會以我們事先無法知道的方式確定其軌道。
研究小組測試了哈雷彗星的軌道,發現在木星和金星引力的驅動下,它在幾個世紀的時間尺度上變得混亂,但彗星太輕,後果無法擴散。
作者創造了「間斷混亂」這個詞來描述他們所目睹的情況,結合了混沌理論與進化論的概念。他們認為像這種在混亂和平靜之間切換的情況可以適用於許多其他科學領域。
這兩項研究發表在國際現代物理學雜誌D和英國皇家天文學會每月通知。