Banene til 27 stjerner som kretser veldig nær det sorte hullet i sentrum av Melkeveien vår er så kaotiske at forskere ikke kan med sikkerhet forutsi hvor de vil være om 462 år.
Dette avslører simuleringer utført av tre astronomer fra Nederland og Storbritannia. Forskerne publiserte funnene sine i to vitenskapelige artikler.
Å simulere 27 stjerner og deres interaksjoner med hverandre og med det sorte hullet er lettere sagt enn gjort. I århundrer har f.eks. det var umulig å forutsi bevegelsene til mer enn to stjernerplaneter, steiner eller andre gjenstander som samhandler.
Det var først i 2018 at forskere fra Leiden utviklet et dataprogram der avrundingsfeil ikke lenger spilte noen rolle i beregningene. Med dette kunne de beregne bevegelsene til tre imaginære stjerner.
Nå har astronomer utvidet programmet sitt til å håndtere 27 stjerner som etter astronomiske standarder beveger seg nær det sorte hullet i sentrum av Melkeveien.
Simuleringene av de 27 massive stjernene og det sorte hullet resulterte i en overraskelse. Selv om stjernene forblir i sine baner rundt det sorte hullet, viser interaksjoner mellom stjernene det banene er kaotiske.
Dette betyr at små forstyrrelser forårsaket av underliggende interaksjoner endrer stjernenes baner. Disse endringene vokser eksponentielt og, på lang sikt, skaper banene til stjerner uforutsigbar.
Svart hull gir et sjokk
«Bare 462 år senere kan vi ikke lenger forutsi baner med selvtillit. Det er en overraskende kort periode, sier astronomen Simon Portegies Zwart forsker ved Leiden University, Nederland.
Zwart sammenligner det med vårt solsystem, som ikke lenger er pålitelig forutsigbart etter 12 millioner år.
«Så det sorte hullets nabolag er 30 000 ganger mer kaotisk enn vårt, og vi hadde ikke forventet det. Selvfølgelig er solsystemet omtrent 20 000 ganger mindre, inneholder millioner av ganger mindre masse og den har bare åtte relativt lette gjenstander i stedet for 27 massive, men hvis du hadde spurt meg før, burde det ikke vært så viktig, forklarer han.
Ifølge forskere oppstår kaos hver gang på noenlunde samme måte. Det er alltid to eller tre stjerner som kommer nærmere mye fra hverandre. Dette forårsaker et gjensidig push og pull mellom stjernene. Noe som igjen fører til litt forskjellige stjernebaner.
Det sorte hullet som disse stjernene går i bane rundt blir så skjøvet litt bort, som igjen Det merkes av alle stjernene. På denne måten påvirker et lite samspill mellom to stjerner alle 27 stjernene i den sentrale gruppen.
Utvide banen
«Vi kjører simuleringen vår i 10 000 år om gangen. Fra et luftperspektiv ser stjernebaner ut til å forbli uendret over tid, sier han. Tjarda Boekholttidligere student ved Portegies Zwart i 2015 og jobber for tiden ved University of Oxford, Storbritannia.
«Bare når du begynner å zoome inn på et segment av en bane, blir de kaotiske variasjonene synlige. Disse variasjonene kan nå store verdier, opptil førti astronomiske enhetersom er førti ganger avstanden fra jorden til solen», forklarer han.
Forskere liker å sammenligne kaoset i det sorte hullet med å sykle i en by: vi vet det omtrent hvor lenge Det tar tid, men det er umulig å forutsi nøyaktig hvor lenge. Hvis en bro er åpen, eller hvis noen hopper foran sykkelen vår, kan vi komme minutter senere.
«Og det er mer eller mindre slik det fungerer med stjernene rundt det sorte hullet”, sier Portegies Zwart. «Vi vet at uventede hendelser skjer regelmessig, og forårsaker eksponentiell endring, som vi nå kan måle.»
«Implikasjonen er at sentrum av Melkeveien, med det sorte hullet og de 27 stjernene som går i bane rundt det, er ikke lenger forutsigbar med selvtillit etter 462 år. Vi kan ikke lenger forutsi posisjonene og hastighetene til disse stjernene på en pålitelig måte, legger han til.
For Portegies Zwart og kolleger, nDet er ikke så mye de 462 årene som betyr noe. «462 år er åpenbart veldig kort, men det vi vil si er at vi som astronomer må se annerledes enn vi gjorde før på hva som skjer i nærheten av et svart hull,» sa Portegies Zwart.
«Og vi må finne nye ord for det formålet. Jeg begynte for eksempel å bygge en ordliste med definisjoner med Tjarda Boekholt, ganske enkelt fordi det ikke fantes noen termer som nøyaktig fanget denne nye typen kaotisk oppførsel som vi observerte.»
Punktert kaos
Forskere kalte fenomenet «punktert kaos«. Begrepet er inspirert av evolusjonsbiologien, der det motsatte skjer: den såkalte punctuated equilibrium.
Dette er evolusjon innen arter, der det ofte er en langsiktig likevekt som bare avbrytes svært sporadisk av en sjokkerende hendelse.
– Før denne undersøkelsen var det ikke kjent om kaoset i simuleringene hadde en fysisk opprinnelse eller om det kom fra avrundingsfeil og andre problemer med beregningene, sier medforfatter. Douglas Heggieen pensjonert, men fortsatt aktiv matematiker og astronom fra University of Edinburgh (Storbritannia) og en pioner innen n-kroppsproblemet.
«Vi setter simuleringene og de underliggende beregningene på prøve på mange måter. Resultatene våre forblir solide. Nå vi kan komme med virkelige utsagn på den kaotiske oppførselen til systemer med flere stjerner. Dette er flott, avslutter han.
