紧邻银河系中心黑洞的27颗恒星的轨道非常混乱，以至于研究人员无法自信地预测它们在大约462年后的位置。这一发现来自荷兰和英国的三位天文学家的模拟。研究人员在《国际现代物理学杂志D》和《皇家天文学会月刊》上发表了两篇论文，发表了他们的发现。

模拟27颗恒星及其相互之间以及与黑洞的相互作用说起来容易做起来难。例如，几个世纪以来，不可能预测两个以上相互作用的恒星、行星、岩石或其他物体的运动。直到2018年，莱顿大学的研究人员才开发出一种计算机程序，其中舍入误差不再在计算中发挥作用。这样，他们就能够计算出三颗假想恒星的运动。现在，研究人员扩大了他们的计划，以处理27颗恒星，按照天文学标准，这些恒星靠近银河系中心的黑洞。

对27颗大质量恒星和黑洞的模拟结果令人惊讶。尽管恒星仍保持在围绕黑洞的轨道上，但恒星之间的相互作用表明轨道是混乱的。这意味着潜在相互作用引起的小扰动会改变恒星的轨道。这些变化呈指数增长，从长远来看，使恒星轨道变得不可预测。

黑洞传递冲击

天文学家西蒙·波特吉斯·兹瓦特(荷兰莱顿大学)表示：“462年过去了，我们仍然无法自信地预测轨道。时间短得惊人。”他将其与我们的太阳系进行了比较，太阳系在1200万年之后就不再是可预测的了。

“所以，黑洞附近的混乱程度比我们的混乱了三万倍，这是我们根本没想到的。当然，太阳系大约小两万倍，质量少几百万倍，而且只有八个恒星。”相对较轻的物体，而不是27个较大的物体，但是，如果你事先问过我，那应该不那么重要。”

研究人员表示，每次出现混乱的方式都大致相同。总有两三颗星星靠得很近。这导致恒星之间相互推拉。这反过来又导致恒星轨道略有不同。然后，这些恒星围绕其运行的黑洞被稍微推开，所有恒星都会感受到这一点。这样，两颗恒星之间的微小相互作用就会影响中心星团中的所有27颗恒星。

放大轨道

“我们每次都会运行10,000年的模拟。从鸟瞰角度来看，恒星轨道似乎随着时间的推移保持不变，”TjardaBoekholt(2015年PortegiesZwart的前研究生，现在英国牛津大学工作)说道)。“只有当你开始放大轨道的一段时，混沌变化才会变得可见。这些变化可以达到高达四十个天文单位的大值，这是地球到太阳距离的四十倍。”

研究人员喜欢将黑洞的混乱与骑自行车穿过城市进行比较。您大概知道需要多长时间，但无法预测具体需要多长时间。如果桥梁开放，或者有人跳到您的自行车前面，您可能会在几分钟后到达。

“这也是黑洞周围恒星的运作方式，”波特吉斯·兹瓦特说。“你知道，意外事件经常发生，并且会导致指数变化，我们现在可以测量这种变化。但这意味着银河系中心、黑洞和围绕它运行的27颗恒星不再是可预测的。462年后，我们再也没有信心了。我们无法再可靠地预测这些恒星的位置和速度。”

对于PortegiesZwart和他的同事来说，462年并不那么重要。“462年当然很短，但我们的观点是，作为天文学家，我们必须以不同于以往的方式看待黑洞附近发生的事情，”波特吉斯·兹瓦特说。“我们必须为它找到新的词汇。例如，我开始与TjardaBoekholt一起构建定义词汇表，仅仅是因为没有任何现有术语可以准确地捕捉我们正在观察的这种新型混乱行为。”

间断的混乱

研究人员创造了“间断混乱”现象。该术语的灵感来自进化生物学，其中发生了相反的情况：所谓的间断平衡。这是关于物种内部的进化，其中通常存在长期平衡，只是偶尔会被令人震惊的事件打断。

“在这项研究之前，你不知道模拟中的混乱是否有物理根源，或者它是否源于舍入误差和其他计算问题，”合著者道格拉斯·赫吉(DouglasHeggie)说，他是一位退休但仍然活跃的数学家和英国爱丁堡大学天文学家，N体问题领域的先驱。

“我们以多种方式对模拟和基础计算进行了测试。我们的结果是可靠的。我们现在能够对多恒星系统的混沌行为做出真实的陈述。这太棒了，”赫吉说。