Астрономы из Лейденской обсерватории провели масштабное исследование, создав сотни компьютерных моделей галактик, имитирующих структуру Млечного Пути. В ходе эксперимента плоские звёздные диски, погружённые в гало тёмной материи, подвергались минимальным изменениям на старте — например, незначительному смещению одной звезды.
Результаты оказались неожиданными: даже микроскопические различия в исходных данных со временем приводили к существенным расхождениям в итоговой структуре. Спиральные рукава в симуляциях формировались по-разному, а центральная звёздная перемычка заметно меняла свою форму и динамику вращения. Ученые сравнили это с «эффектом бабочки», когда малые возмущения запускают цепочку событий, меняющих вид всей системы.
Данное исследование опровергает устоявшееся мнение о галактиках как о «гладких» статистических системах. Ранее считалось, что в структуре, состоящей из сотен миллиардов звёзд, локальные гравитационные колебания усредняются и не влияют на общую эволюцию. Однако работа показала, что даже одиночные отклонения способны радикально менять развитие галактики в долгосрочной перспективе.
Работа также пролила свет на давний спор в астрофизике: почему разные модели давали противоположные результаты относительно роста хаотичности при увеличении числа звёзд. Выяснилось, что всё дело в методах моделирования гравитации на малых дистанциях.
В большинстве вычислений астрономы используют прием «смягчения» гравитации. Чтобы снизить вычислительную нагрузку и избежать ошибок, звёзды моделируют не как точечные объекты, а как распределенные облака. Это искусственно подавляет тесные гравитационные взаимодействия, которые и являются первопричиной хаотической динамики. Ученые из Лейдена доказали: если этот параметр настроен неверно, модель скрывает реальные физические эффекты.
При этом хаотичность имеет свои границы. Несмотря на изменения в ориентации перемычки или рисунке рукавов, галактика в любой из симуляций остаётся узнаваемой спиральной структурой. Это позволяет примирить «гладкое» и «хаотическое» описание галактик: обе модели верны, но работают на разных пространственно-временных масштабах.
По прогнозам исследователей, предсказуемость структуры Млечного Пути ограничена периодом примерно в один миллион лет. Это ничтожно малый срок, если учитывать, что возраст нашей галактики достигает около 10 миллиардов лет.
