PERSBERICHT
* contactinfo en directe links naar tekst en beeld staan onderaan dit
persbericht *
Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA)
---------------------------------------------------------------------------------------------------
13 september 2023
Beweging sterren dicht bij zwart gat centrum Melkweg is maar paar honderd jaar
voorspelbaar
De banen van 27 sterren die ronddraaien op kleine afstand van het zwarte gat in
het centrum van onze Melkweg, zijn zo chaotisch dat onderzoekers niet
betrouwbaar kunnen voorspellen waar ze over zo'n 462 jaar zijn. Dat blijkt uit
simulaties van drie sterrenkundigen uit Nederland en het Verenigd Koninkrijk.
De onderzoekers publiceren hun bevindingen in twee wetenschappelijke artikelen.
Het simuleren van 27 sterren en hun wisselwerking onderling en met het zwarte
gat, is gemakkelijker gezegd dan gedaan. Eeuwenlang was het bijvoorbeeld
onmogelijk om van meer dan twee elkaar beïnvloedende sterren, planeten, stenen
of andere voorwerpen de bewegingen te voorspellen. Pas in 2018 ontwikkelden
Leidse onderzoekers een computerprogramma waarin afrondingsfouten geen rol meer
spelen in de berekeningen. Daarmee konden ze van drie fictieve sterren hun
bewegingen
doorrekenen<https://www.astronomie.nl/nieuws/chaos-ontrafeld-astronomen-rekenen-chaotisch-systeem-nauwkeuriger-door-dan-ooit-1253>.
Nu hebben de onderzoekers hun programma uitgebreid zodat het overweg kan met
27 sterren die voor astronomische begrippen
rakelings<https://en.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*_cluster> langs het
zwarte gat in het centrum van de
Melkweg<https://nl.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*> bewegen.
De simulaties van de 27 zware sterren en het zwarte gat zorgden voor een
verrassing. Alhoewel de sterren in hun baan om het zwarte gat blijven, blijkt
dat door de onderlinge wisselwerking tussen de sterren de banen chaotisch zijn.
Dat houdt in dat kleine verstoringen, veroorzaakt door de onderliggende
wisselwerkingen, de banen van de sterren veranderen. Deze veranderingen groeien
exponentieel en zorgen er op de lange termijn voor dat de sterbanen niet meer
kunnen worden voorspeld.
Zwart gat geeft schok door
"Al na 462 jaar kunnen we de banen niet meer betrouwbaar voorspellen. Dat is
werkelijk verbazingwekkend kort," zegt sterrenkundige Simon Portegies
Zwart<https://www.universiteitleiden.nl/medewerkers/simon-portegies-zwart>
(Universiteit Leiden). Hij vergelijkt het met ons zonnestelsel dat pas na 12
miljoen jaar niet meer betrouwbaar te voorspellen is. "Het is dus in de
omgeving van het zwarte gat 30.000 keer zo chaotisch is als bij ons en dat
hadden we helemaal niet verwacht. Het zonnestelsel is natuurlijk zo'n 20.000
keer kleiner, bevat miljoenen keer minder massa en heeft slechts acht relatief
lichte objecten in plaats van 27 zware, maar dat had, als je het vooraf aan mij
gevraagd zou hebben, niet zo veel moeten uitmaken."
Volgens de onderzoekers ontstaat de chaos elke keer ongeveer op dezelfde
manier. Er zijn steeds twee of drie sterren die elkaar dicht naderen. Dat zorgt
voor onderling duwen en trekken tussen de sterren. Dit leidt weer tot iets
andere sterbanen. Het zwarte gat waar al die sterren omheen draaien, wordt
vervolgens een beetje weggeduwd, en dat voelen die andere sterren dan weer. Op
deze wijze werkt een kleine interactie tussen twee sterren door voor alle 27
sterren in de centrale cluster.
Inzoomen op omloopbaan
"We laten onze simulatie steeds 10.000 jaar lopen. Als je dan vanaf een
afstandje naar de sterren kijkt, lijkt het of ze allemaal in dezelfde banen
blijven," zegt Tjarda
Boekholt<https://www.physics.ox.ac.uk/our-people/boekholt> (in 2015
gepromoveerd bij Portegies Zwart en nu werkzaam aan de University of Oxford,
Verenigd Koninkrijk). "Pas als je inzoomt op een stukje van een omloopbaan
worden de chaotische variaties zichtbaar. Deze variaties kunnen veertig
astronomische eenheden omvatten, dat is veertig keer de afstand tussen de aarde
en de zon."
De onderzoekers vergelijken de chaos bij het zwarte gat met het fietsen door de
stad. Je weet ongeveer hoe lang je er over doet. Maar hoe lang precies is niet
te voorspellen. Als er een brug open staat waar je op moet wachten, of wanneer
iemand voor je fiets springt, kun je zo minuten later aankomen. "En zo is het
ook een beetje met de sterren rond het zwarte gat," zegt Portegies Zwart. "Je
weet dat er geregeld onverwachte gebeurtenissen plaatsvinden, en die zorgen
voor een exponentiële verandering, die kunnen we nu meten. Maar het gevolg is
dat het centrum van de Melkweg met het zwarte gat en de 27 sterren die er een
baan omheen hebben na 462 jaar niet meer voorspelbaar is. We kunnen de posities
en snelheden van die sterren dan niet meer betrouwbaar voorspellen."
Voor Portegies Zwart en zijn collega's is niet zozeer het getal van 462 jaar
van belang. "Die 462 jaar is natuurlijk erg kort, maar ons gaat het erom dat we
als sterrenkundigen anders dan voorheen moeten kijken naar wat er rond een
zwart gat gebeurt," aldus Portegies Zwart. "Tekenend is ook dat ik met Tjarda
Boekholt een woordenlijst ben gaan aanleggen met definities, want er waren
gewoon geen termen die dit nieuwe type chaotisch gedrag dat we observeerden
accuraat omschrijven."
Punctuated chaos
De onderzoekers noemen het fenomeen 'punctuated chaos', ofwel onderbroken
chaos. De term is geïnspireerd op de evolutiebiologie waar het omgekeerde
plaatsvindt: het zogeheten punctuated
equilibrium<https://nl.wikipedia.org/wiki/Punctuated_equilibrium_(biologie)>.
Dat gaat over de evolutie binnen een soort waar vaak sprake is van een
langdurig evenwicht dat maar heel sporadisch schoksgewijs onderbroken wordt.
"Voorheen wist je niet of de chaos in simulaties een echt natuurkundige
oorsprong had, of dat het kwam door afrondingsfouten en andere problemen met de
berekeningen," zegt mede-auteur Douglas
Heggie<https://www.maths.ed.ac.uk/~douglas/>, gepensioneerd wis- en
sterrenkundige aan de University of Edinburgh (Verenigd Koninkrijk) en pionier
op het gebied van het N-body
problem<https://en.wikipedia.org/wiki/N-body_problem> bij sterren. "We hebben
de simulaties en de achterliggende berekeningen op allerlei manieren op de
pijnbank gelegd. Onze resultaten blijven staan als een huis. We kunnen nu echt
uitspraken doen over het chaotisch gedrag van systemen met meerdere sterren.
Dat is prachtig."
Wetenschappelijke artikelen
Punctuated chaos and indeterminism in self-gravitating many-body systems. Door:
Tjarda Boekholt, Simon Portegies Zwart & Douglas Heggie. In: International
Journal of Modern Physics D.
[origineel<https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S0218271823420038> |
preprint<https://arxiv.org/abs/2308.14803>]. Deze publicatie ontving een
eervolle vermelding bij de essay-wedstrijd van de Gravity Research Foundation
van 2023.
Punctuated chaos and the unpredictability of the Galactic center S-star orbital
evolution. Door: Simon Portegies Zwart, Tjarda Boekholt & Douglas Heggie. In:
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
[origineel<https://academic.oup.com/mnras/advance-article-abstract/doi/10.1093/mnras/stad2654/7262918>
| preprint<https://arxiv.org/abs/2308.14817>]
EINDE PERSBERICHT
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Meer informatie
Contact:
Simon Portegies Zwart
Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden
spz@xxxxxxxxxxxxxxxxxx<mailto:spz@xxxxxxxxxxxxxxxxxx>
https://www.universiteitleiden.nl/medewerkers/simon-portegies-zwart
Tjarda Boekholt
Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, Clarendon Laboratory, University
of Oxford, Verenigd Koninkrijk
tjarda.boekholt@xxxxxxxxxxxxxxxx<mailto:tjarda.boekholt@xxxxxxxxxxxxxxxx>
https://www.physics.ox.ac.uk/our-people/boekholt
Douglas Heggie
School of Mathematics and Maxwell Institute for Mathematical Sciences,
University of Edinburgh, Verenigd Koninkrijk
d.c.heggie@xxxxxxxx<mailto:d.c.heggie@xxxxxxxx>
https://www.maths.ed.ac.uk/~douglas
Beeld:
Beeld is te gebruiken bij de berichtgeving over dit onderwerp, graag credit
vermelden.
Lage resolutie bijgevoegd, hoge resolutie via url.
Simulatie van de beweging van de sterren rond het zwarte gat in het centrum van
de Melkweg. Links zijn de banen te zien van de sterren. Deze banen zijn voor
10.000 jaar doorgerekend. Het lijkt of de sterren niet van hun baan afwijken.
Rechts is een stukje ingezoomd in de buurt van het drukke middelpunt. Daar
wordt duidelijk dat de sterren binnen hun baan behoorlijke variaties kennen. De
gele baan bijvoorbeeld schommelt in die 10.000 jaar in een gebied van veertig
keer de afstand van de aarde naar de zon. (c) Simon Portegies Zwart et al.
[grote
versie<https://www.astronomie.nl/upload/images/2023/09/Sterren-rond-zwart-gat-credit-Simon-Portegies-Zwart-et-al.jpg>]
Over NOVA / www.astronomie.nl<http://www.astronomie.nl>
De Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) is het
samenwerkingsverband van de sterrenkundige instituten van de universiteiten van
Amsterdam, Groningen, Leiden en Nijmegen. Toponderzoekschool NOVA heeft als
missie het uitvoeren van baanbrekend sterrenkundig onderzoek, het opleiden van
jonge astronomen op het hoogste internationale niveau en het delen van nieuwe
ontdekkingen met de samenleving. De NOVA-laboratoria zijn gespecialiseerd in
het bouwen van state-of-the-art optische/infrarood- en
submillimeter-instrumentatie voor de grootste telescopen op aarde.
Opgemaakt persbericht:
Nederlands:
https://www.astronomie.nl/nieuws/beweging-sterren-dicht-bij-zwart-gat-centrum-melkweg-is-maar-paar-honderd-jaar-voorspelbaar-3880
Engels:
https://www.astronomie.nl/nieuws/en/motion-of-stars-near-milky-ways-central-black-hole-is-only-predictable-for-few-hundred-years-3880
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Marieke Baan en David Redeker | Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie
(NOVA) | NOVA Informatiecentrum | Science Park 904 | Postbus 94249 | 1090 GE
Amsterdam | vast: 020 525 7480 | Marieke mobiel: 0614 322 627 | David mobiel:
0644 588 969 | h.m.baan@xxxxxx | d.redeker@xxxxxx | www.astronomie.nl
Attachment:
Sterren-rond-zwart-gat-credit-Simon-Portegies-Zwart-et-al-kl.jpg
Description: Sterren-rond-zwart-gat-credit-Simon-Portegies-Zwart-et-al-kl.jpg
