|
Движение звезд вблизи центральной черной дыры Млечного Пути
|
|
|
|
Орбиты 27 звезд, вращающихся вокруг черной дыры в центре нашего Млечного Пути, настолько хаотичны, что исследователи не могут с уверенностью предсказать, где они окажутся примерно через 462 года. Этот вывод стал результатом моделирования трех астрономов из Нидерландов и Великобритании. Исследователи опубликовали свои выводы в двух статьях в Международном журнале современной физики D и в ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. Смоделировать 27 звезд и их взаимодействие друг с другом и с черной дырой легче сказать, чем сделать. Например, на протяжении веков было невозможно предсказать движение более чем двух взаимодействующих звезд, планет, камней или других объектов. Лишь в 2018 году исследователи Лейдена разработали компьютерную программу, в которой ошибки округления больше не играют роли в расчетах. Благодаря этому они смогли рассчитать движение трех воображаемых звезд. Теперь исследователи расширили свою программу, включив в нее 27 звезд, которые по астрономическим меркам движутся близко к черной дыре в центре Млечного Пути.
|
|
|
|
Моделирование 27 массивных звезд и черной дыры привело к неожиданному результату. Хотя звезды остаются на своих орбитах вокруг черной дыры, взаимодействия между звездами показывают, что орбиты хаотичны. Это означает, что небольшие возмущения, вызванные основными взаимодействиями, изменяют орбиты звезд. Эти изменения растут экспоненциально и в долгосрочной перспективе делают орбиты звезд непредсказуемыми. «Уже спустя 462 года мы не можем с уверенностью предсказать орбиты. Это поразительно мало», — говорит астроном Саймон Портегиес Цварт (Лейденский университет, Нидерланды). Он сравнивает ее с нашей солнечной системой, которую уже нельзя с уверенностью предсказать спустя 12 миллионов лет. «Итак, окрестности черной дыры в 30 000 раз хаотичнее нашей, и мы этого совершенно не ожидали. Конечно, Солнечная система примерно в 20 000 раз меньше, содержит в миллионы раз меньшую массу и имеет всего восемь относительно легкие объекты вместо 27 массивных, но, если бы вы спросили меня заранее, это не имело бы такого большого значения».
|
|
|
По мнению исследователей, хаос возникает каждый раз примерно одинаково. Всегда есть две или три звезды, которые близко подходят друг к другу. Это вызывает взаимное отталкивание и притяжение звезд. Это, в свою очередь, приводит к несколько иным звездным орбитам. Черная дыра, вокруг которой вращаются эти звезды, затем слегка отталкивается, что, в свою очередь, ощущают все звезды. Таким образом, небольшое взаимодействие между двумя звездами затрагивает все 27 звезд центрального скопления. «Каждый раз мы запускаем наше моделирование на 10 000 лет. С высоты птичьего полета кажется, что орбиты звезд остаются неизменными со временем», — говорит Тьярда Бехольт (бывшая аспирантка Portegies Zwart в 2015 году, а сейчас работающая в Оксфордском университете, Великобритания). ). «Только когда вы начинаете увеличивать масштаб сегмента орбиты, становятся видимыми хаотические вариации. Эти вариации могут достигать больших значений — до сорока астрономических единиц, что в сорок раз превышает расстояние от Земли до Солнца».
|
|
|
|
Исследователи любят сравнивать хаос в черной дыре с ездой на велосипеде по городу. Вы приблизительно знаете, сколько времени это займет, но сколько именно, предсказать невозможно. Если мост открыт или кто-то прыгнет перед вашим велосипедом, вы можете приехать через несколько минут. «И то же самое происходит и со звездами вокруг черной дыры», — говорит Портегис Цварт. «Вы знаете, что неожиданные события происходят регулярно, и они вызывают экспоненциальные изменения, которые мы теперь можем измерить. уверенность спустя 462 года. Мы больше не можем надежно предсказывать положение и скорость этих звезд». Для Портегиса Цварта и его коллег важны не столько 462 года. «462 года, конечно, очень мало, но мы, как астрономы, должны иначе, чем раньше, взглянуть на то, что происходит вблизи черной дыры», — сказал Портегиес Цварт. «И нам нужно найти для этого новые слова. Например, я начал составлять глоссарий определений вместе с Тьярдой Бехольт просто потому, что не было никаких существующих терминов, которые точно отражали бы этот новый тип хаотического поведения, которое мы наблюдали».
|
|
|
|
Исследователи придумали феномен «перемежающийся хаос». Этот термин вдохновлен эволюционной биологией, где происходит обратное: так называемое прерывистое равновесие. Речь идет об эволюции внутри вида, где часто существует долгосрочное равновесие, которое лишь время от времени нарушается шокирующим событием. «До этого исследования вы не знали, имеет ли хаос в симуляциях физическое происхождение или же он вызван ошибками округления и другими проблемами в расчетах», — говорит соавтор Дуглас Хегги, бывший, но все еще активный математик и астроном Эдинбургского университета (Великобритания) и пионер в области проблемы N тел. «Мы проверили моделирование и лежащие в его основе расчеты различными способами. Наши результаты остаются неизменными. Теперь мы можем делать реальные заявления о хаотическом поведении систем с несколькими звездами. Это замечательно», — говорит Хегги.
|
|
|
|
Источник
|
