Samanyolu’nun merkezindeki kara deliğin yakınındaki yıldızların hareketi yalnızca birkaç yüz yıl için tahmin edilebilir

Samanyolu’nun merkezindeki kara deliğin yakın çevresinde dönen 27 yıldızın yörüngeleri o kadar kaotik ki, araştırmacılar onların yaklaşık 462 yıl sonra nerede olacaklarını kesin olarak tahmin edemiyor. Bu bulgu, Hollanda ve Birleşik Krallık’ta bulunan üç gökbilimcinin simülasyonlarından ortaya çıkıyor. Araştırmacılar bulgularını iki makalede yayınladılar. Uluslararası Modern Fizik Dergisi D Ve içinde Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.

27 yıldızı ve onların birbirleriyle ve kara delikle olan etkileşimlerini simüle etmek, söylenenden daha kolaydır. Örneğin yüzyıllar boyunca etkileşim halindeki iki yıldızdan, gezegenden, kayadan veya diğer nesnelerden fazlasının hareketlerini tahmin etmek imkansızdı. Leiden araştırmacıları ancak 2018 yılında yuvarlama hatalarının artık hesaplamalarda rol oynamadığı bir bilgisayar programı geliştirdiler. Bununla başardılar Üç hayali yıldızın hareketlerini hesaplayın. Artık araştırmacılar programlarını astronomik standartlara göre Samanyolu’nun merkezindeki kara deliğe yakın hareket eden 27 yıldızla ilgilenecek şekilde genişletti.

27 büyük yıldızın ve kara deliğin simülasyonları bir sürprizle sonuçlandı. Yıldızlar kara deliğin etrafındaki yörüngelerinde kalsalar da yıldızlar arasındaki etkileşimler yörüngelerin kaotik olduğunu gösteriyor. Bu, altta yatan etkileşimlerin neden olduğu küçük bozulmaların yıldızların yörüngelerini değiştirdiği anlamına gelir. Bu değişiklikler katlanarak büyüyor ve uzun vadede yıldız yörüngelerini tahmin edilemez hale getiriyor.

Kara delik şoku aktarıyor

Gökbilimci Simon Portegies Zwart (Leiden Üniversitesi, Hollanda) “462 yıl sonra bile yörüngeleri güvenle tahmin edemiyoruz. Bu şaşırtıcı derecede kısa” diyor. Bunu, 12 milyon yıl sonra artık güvenle tahmin edilemeyen güneş sistemimizle karşılaştırıyor.

“Yani kara deliğin çevresi bizimkinden 30.000 kat daha kaotik ve biz bunu hiç beklemiyorduk. Elbette güneş sistemi yaklaşık 20.000 kat daha küçük, milyonlarca kat daha az kütle içeriyor ve yalnızca sekiz tane var. 27 devasa nesne yerine nispeten hafif nesneler, ama bana önceden sormuş olsaydınız bunun o kadar da önemli olmaması gerekirdi.”

Araştırmacılara göre kaos her seferinde aşağı yukarı aynı şekilde ortaya çıkıyor. Her zaman birbirine yakından yaklaşan iki veya üç yıldız vardır. Bu da yıldızlar arasında karşılıklı bir itme ve çekme hareketine neden olur. Bu da biraz farklı yıldız yörüngelerine yol açar. Bu yıldızların çevresinde yörüngede bulunduğu kara delik daha sonra hafifçe itilir ve bu da tüm yıldızlar tarafından hissedilir. Bu şekilde iki yıldız arasındaki küçük bir etkileşim, merkez kümedeki 27 yıldızın tamamını etkiler.

Yörüngeleri yakınlaştırma

Tjarda Boekholt (Portegies Zwart’ın 2015’teki eski yüksek lisans öğrencisi ve şu anda İngiltere’deki Oxford Üniversitesi’nde çalışan) “Simülasyonumuzu her seferinde 10.000 yıl boyunca çalıştırıyoruz. Kuşbakışı perspektiften bakıldığında yıldızların yörüngeleri zamanla değişmeden kalıyor gibi görünüyor” diyor ). “Kaotik değişimler ancak bir yörünge parçasına yakınlaştırmaya başladığınızda görünür hale gelir. Bu değişimler kırk astronomik birime kadar büyük değerlere ulaşabilir ki bu da Dünya’nın güneşe olan uzaklığının kırk katı kadardır.”

Araştırmacılar kara deliğin içindeki kaosu bir şehirde bisiklet sürmeye benzetmeyi seviyorlar. Yaklaşık olarak ne kadar süreceğini biliyorsunuz, ancak tam olarak ne kadar süreceğini tahmin etmek imkansızdır. Eğer bir köprü açıksa ya da birisi bisikletinizin önüne atlarsa dakikalar sonra varabilirsiniz.

Portegies Zwart, “Kara deliğin etrafındaki yıldızlarda da durum aynı şekilde işliyor” diyor. “Beklenmeyen olayların düzenli olarak gerçekleştiğinin ve bunların artık ölçebildiğimiz üstel bir değişime neden olduğunun farkındasınız. Ancak bunun anlamı, Samanyolu’nun merkezinin kara delik ve onun etrafında dönen 27 yıldızla birlikte artık tahmin edilemeyeceğidir. 462 yıl sonra bile güven duyuyoruz. Artık bu yıldızların konumlarını ve hızlarını güvenilir bir şekilde tahmin edemiyoruz.”

Portegies Zwart ve meslektaşları için önemli olan 462 yıl değil. Portegies Zwart, “462 yıl elbette çok kısa, ancak bizim amacımız gökbilimciler olarak bir kara deliğin çevresinde olup bitenlere daha önce olduğundan daha farklı bakmamız gerektiğidir.” dedi. “Ve bunun için yeni kelimeler bulmalıyız. Örneğin, Tjarda Boekholt ile bir tanımlar sözlüğü oluşturmaya başladım, çünkü gözlemlediğimiz bu yeni tür kaotik davranışı doğru bir şekilde ifade eden mevcut herhangi bir terim yoktu.”

Noktalanmış kaos

Araştırmacılar bu fenomeni “noktalanmış kaos” olarak adlandırdılar. Terim, tam tersinin meydana geldiği evrimsel biyolojiden esinlenmiştir: sözde noktalı denge. Bu, genellikle uzun vadeli bir dengenin var olduğu ve şok edici bir olayla ara sıra kesintiye uğradığı türler içindeki evrimle ilgilidir.

Emekli fakat hala aktif bir matematikçi olan eş yazar Douglas Heggie, “Bu araştırmadan önce, simülasyonlardaki kaosun fizik kökenli olup olmadığını veya yuvarlama hatalarından veya hesaplamalardaki diğer sorunlardan kaynaklanıp kaynaklanmadığını bilmiyordunuz” diyor. Edinburgh Üniversitesi’nden (Birleşik Krallık) gökbilimci ve N-cisim problemi alanında öncü.

Heggie, “Simülasyonları ve temel hesaplamaları birçok yönden teste tabi tuttuk. Sonuçlarımız sağlam görünüyor. Artık birden fazla yıldıza sahip sistemlerin kaotik davranışları hakkında gerçek ifadeler yapabiliyoruz. Bu harika” diyor.