銀河系中心黑洞周圍恒星運動的模擬。左邊顯示的系中是恒星的軌道。這些軌道已經計算了一萬年。洞附看起來星星不會偏離它們的恒星軌道。右邊的百年面板是擁擠中心附近的放大圖。它揭示了恒星沿著它們的銀河央黑運動預測軌道有相當大的變化。例如，系中黃色軌道在這10，洞附000年內的恒星波動范圍是地球到太陽距離的40倍。鳴謝:uux.cn/西蒙·波特吉斯·茲瓦特等人
（神秘的百年地球uux.cn）據荷蘭天文研究學院：27顆恒星緊緊圍繞銀河系中心的黑洞運行，它們的銀河央黑運動預測軌道如此混亂，以至于研究人員無法自信地預測它們在大約462年后會在哪里。系中這一發現來自荷蘭和英國的洞附三位天文學家的模擬。研究人員在《國際現代物理學雜志》和《皇家天文學會月報》上發表了他們的恒星發現。
模擬27顆恒星以及它們彼此之間和與黑洞之間的百年相互作用，說起來容易做起來難。例如，幾個世紀以來，預測兩個以上相互作用的恒星、行星、巖石或其他物體的運動是不可能的。直到2018年，萊頓的研究人員才開發出一種計算機程序，其中舍入誤差不再在計算中發揮作用。有了這個，他們能夠計算出三顆假想恒星的運動。現在，研究人員擴大了他們的計劃，以處理27顆恒星，按照天文學標準，這些恒星靠近銀河系中心的黑洞。
對27顆大質量恒星和黑洞的模擬產生了一個驚喜。雖然恒星仍然在黑洞周圍的軌道上，但恒星之間的相互作用表明軌道是混沌的。這意味著由潛在的相互作用引起的微小擾動會改變恒星的軌道。這些變化呈指數增長，從長遠來看，使得恒星的軌道不可預測。
黑洞傳遞震動
“已經過了462年，我們無法有把握地預測軌道。這短得驚人，”天文學家西蒙·波特吉斯·茲瓦特(荷蘭萊頓大學)說。他將其與我們的太陽系相比較，1200萬年后，我們的太陽系不再是可預測的。
“所以，黑洞附近比我們的要混亂3萬倍，我們根本沒想到會這樣。當然，太陽系要小大約2萬倍，質量小幾百萬倍，只有8個相對較輕的物體，而不是27個大質量物體，但是，如果你事先問我，這應該沒什么大不了的。”
根據研究人員的說法，混沌每次都以大致相同的方式出現。總有兩到三顆星相互靠近。這導致了恒星間的相互推拉。這反過來導致恒星軌道略有不同。那些恒星環繞的黑洞然后被輕微推開，這反過來被所有的恒星感受到。這樣，兩顆恒星之間的微小相互作用就會影響到中央星團中的所有27顆恒星。
放大軌道
“我們的模擬每次運行10，000年。Tjarda Boekholt(2015年Portegies Zwart的前研究生，現在在英國牛津大學工作)說:“從鳥瞰的角度來看，恒星的軌道似乎不會隨時間而改變。“只有當你開始放大一段軌道時，混亂的變化才變得可見。這些變化可以達到高達四十個天文單位的大值，這是地球到太陽距離的四十倍。”
研究人員喜歡把黑洞的混亂比作在城市中騎車。你知道大概需要多長時間，但是準確的時間是不可能預測的。如果一座橋開著，或者有人跳到你的自行車前面，你可能會晚幾分鐘到達。
“黑洞周圍的恒星也是這樣，”Portegies Zwart說。“你知道意外事件經常發生，并且會導致指數變化，這是我們現在可以測量的。但這意味著，462年后，銀河系中心的黑洞和圍繞它運行的27顆恒星不再是可以預測的了。我們不再能夠可靠地預測那些恒星的位置和速度。”
對于Portegies Zwart和他的同事來說，462年并不重要。“462年當然很短，但我們的觀點是，作為天文學家，我們必須以不同于以往的方式看待黑洞附近發生的事情，”Portegies Zwart說。“我們必須為它找到新的詞語。例如，我開始與Tjarda Boekholt一起建立一個定義詞匯表，只是因為沒有任何現有的術語可以準確地捕捉到我們正在觀察的這種新類型的混沌行為。”
斷斷續續的混亂
研究人員將這種現象稱為“間歇混沌”這個術語是受進化生物學的啟發，進化生物學中出現了相反的情況:所謂的間斷平衡。這是關于物種內部的進化，那里經常有一個長期的平衡，只是偶爾被一個令人震驚的事件打破。
“在這項研究之前，你不知道模擬中的混沌是否有物理根源，或者它是否源于舍入誤差和其他計算問題，”合著者Douglas Heggie說，他是愛丁堡大學(英國)退休但仍然活躍的數學家和天文學家，也是N體問題領域的先驅。
“我們已經在許多方面對模擬和基礎計算進行了測試。我們的結果很可靠。我們現在能夠對多恒星系統的混沌行為做出真實的陳述。這太棒了，”海格說。