
这位艺术家对一颗恒星距离超大质量黑洞太近的印象忽略了它与邻居相互作用所造成的混乱。
图片来源:ESO/M。科恩梅塞尔 (抄送4.0)
20 世纪末最伟大的科学发现之一是许多系统混乱的,使得它们无法提前预测。例如,无论我们收集多少有关天气的数据,我们都无法确定一个月后是否会下雨(这与确定平均气候趋势不同)。轨道可能是相似的,特别是当受到更大物体的引力时。新的研究表明,这种情况发生的速度快得惊人射手座A*,位于银河系中心的超大质量黑洞。
地球轨道发生变化长周期,从圆形变为稍微拉长,然后再返回。然而,如果你想预测一千年后甚至一百万年后地球的运行轨迹,你就可以非常接近地预测地球的运行轨迹,从而为生命繁盛的稳定做出贡献。
对于小行星来说情况并非如此,它们更多地受到行星引力和行星引力的影响。来自阳光的压力。因此,没有人确切知道像阿波菲斯这样的小行星在与另一颗行星相撞、撞向太阳或被抛入太阳系外之前是否会撞击地球。尽管如此,我们可以很好地预测它的构成一个世纪没有威胁。
在星系中心的超大质量黑洞(SMBH)周围,恒星同样受到质量数百万倍的引力场以及彼此之间的影响。因此,它们的轨道提前很久就无法预测也就不足为奇了。然而,考虑到这些恒星运行的规模更大,我们失去知道将要发生什么的能力的那一刻似乎会更加遥远,这似乎是合乎逻辑的。
相反,根据两篇新论文,我们甚至无法判断五个世纪后它们会在哪里。
作者应用了最先进的计算机程序,对危险地接近人马座 A* 的 27 颗恒星在多种力的影响下进行轨道建模。
莱顿大学教授西蒙·波特吉斯·兹瓦特 (Simon Portegies Zwart) 在一份报告中表示:“462 年过去了,我们仍无法自信地预测轨道。”陈述。 “这短得惊人。”相比之下,该计划失去了对 1200 万年后太阳系的可预测性。
“所以,黑洞附近的混乱程度是我们的 30,000 倍,我们根本没有想到会出现这种情况,”Portegies Zwart 继续说道。 “当然,太阳系大约小 20,000 倍,质量少了数百万倍,并且只有 8 个相对较轻的物体,而不是 27 个大质量的物体,但是,如果你事先问过我,那就不那么重要了”。
无论模拟的起始条件如何,最终作者发现两到三颗恒星靠得很近,它们的力相互作用,改变了彼此的轨道。接近程度的差异决定了恒星随后的运动。事件发生的距离SMBH越近,分离距离的微小差异所造成的后果就越大,其规模可能达到普朗克长度,比原子宽度小数万亿倍。
尽管每颗恒星的质量与人马座 A* 相比很小,但它们的引力仍然会影响它,因此超大质量黑洞的位置会根据恒星在近距离接触时发生的情况而略有不同。
当该地区的所有其他恒星都随着SMBH的曲调起舞时,即使其位置发生轻微的变化也会波及所有其他恒星。很快,即使那些不属于近距离接触的卫星也会以我们事先无法知道的方式确定其轨道。
研究小组测试了哈雷彗星的轨道,发现在木星和金星引力的驱动下,它在几个世纪的时间尺度上变得混乱,但彗星太轻,后果无法扩散。
作者创造了“间断混乱”这个词来描述他们所目睹的一切,结合混沌理论与进化论的概念间断平衡。他们认为像这种在混乱和平静之间切换的情况可以适用于许多其他科学领域。
这两项研究发表在国际现代物理学杂志D和英国皇家天文学会每月通知。