星系中心混沌和N体摄动对相对论进动的影响

摘要

Clifford M.Will提出,通过观测以很短周期(O(0.1)a)围绕银河系中央超大质量黑洞旋转的一组恒星的轨道进动,在未来的1μas甚至0.1 μas的观测精度下(从地球),能够测量中央黑洞的自旋和质量四极矩,从而能够检验广义相对论中的黑洞无毛定理.但是,许多研究表明,在星系中央存在一个围绕中央超大质量黑洞的恒星密度极高区域.这导致观测目标星的轨道运动会不可避免地被其他星体的引力摄动影响.基于一个包含了一阶、二阶后牛顿效应,参考架拖曳效应以及黑洞的质量多极矩的完全的N体数值模拟,本文研究了N体引力相互作用对相对论进动的影响,结果发现,只要在1 ms差距范围内有一定数量的恒星,那么恒星轨道运动将不可避免地出现混沌.这种混沌现象引起的摄动将导致目标星体的轨道进动变得完全没有规则,进而导致利用轨道进动验证相对论在这样的N体相互作用下很难实现.