Sciencemag.cz
Doporučujeme
Oběžné dráhy 27 hvězd obíhajících těsně kolem černé díry v centru naší Mléčné dráhy jsou natolik chaotické, že vědci nedokážou s jistotou předpovědět, kde se budou nacházet maximálně za přibližně 462 let. Toto zjištění vyplynulo ze simulací tří astronomů z Nizozemska a Velké Británie.
Simulovat 27 hvězd, jejich vzájemné interakce i interakce s černou dírou se možná snadno řekne, ale podstatně hůře provede. Po staletí bylo například nemožné předpovědět pohyby více než dvou vzájemně se ovlivňujících hvězd, planet nebo jiných objektů („problém tří těles“). Teprve v roce 2018 vyvinuli vědci z Leidenu počítačový program, ve kterém již zaokrouhlovací chyby nehrají při výpočtech roli. Díky tomu byli schopni vypočítat pohyby tří imaginárních hvězd. Nyní vědci svůj program rozšířili o 27 hvězd, které se pohybují v blízkosti černé díry ve středu Mléčné dráhy.
Simulace 27 masivních hvězd a černé díry ale přinesly překvapení. Přestože hvězdy zůstávají na svých oběžných drahách kolem černé díry, interakce mezi hvězdami ukazují, že oběžné dráhy jsou chaotické. To znamená, že malé poruchy způsobené základními interakcemi mění dráhy hvězd. Tyto změny exponenciálně rostou a v dlouhodobém horizontu způsobují, že dráhy hvězd se stávají nepředvídatelné.
„Již po 462 letech nemůžeme dráhy s jistotou předpovědět. To je překvapivě krátká doba,“ říká spoluautor studie Simon Portegies Zwart (Leidenská univerzita, Nizozemsko). Srovnává to s naší Sluneční soustavou, kde je hranice spolehlivé předpovědi 12 milionů let.. „Okolí černé díry je tedy asi 30 000krát chaotičtější než Sluneční soustava, a to jsme vůbec nečekali. Sluneční soustava je samozřejmě asi 20 000krát menší, obsahuje milionkrát méně hmoty a má jen osm relativně lehkých objektů místo 27 masivních hvězd, ale kdybyste se mě zeptali předem, odpověděl bych, že by to nemělo hrát takovou roli.“
Pro chování hvězd v simulaci zkoušejí autoři studie zavést termín „přerušovaný (punctuated) chaos“. Termín je inspirován evoluční biologií, kde (poznámka PH: tedy podle zastánců této koncepce) dochází k opačnému jevu: přerušovaným rovnováhám (punctuated equilibrium). Tedy řekněme dlouho se jakoby nic moc neděje a tato období jsou přerušována krátkými, prudkými změnami.
Tjarda C. N. Boekholt et al, Punctuated chaos and indeterminism in self-gravitating many-body systems, International Journal of Modern Physics D (2023). DOI: 10.1142/S0218271823420038. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.14803
Simon F Portegies Zwart et al, Punctuated chaos and the unpredictability of the Galactic center S-star orbital evolution, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad2654. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.14817
Zdroj: Netherlands Research School for Astronomy / Phys.org
