De artistieke visie van het werk van MNRAS 475, 4, gepresenteerd in 2018. Golfvoortplanting door een astrofysische schijf kan worden begrepen met behulp van de Schrödinger-vergelijking (de hoeksteen van de kwantummechanica)
De kwantummechanica is een tak van de natuurkunde die soms het vreemde gedrag beheert van kleine deeltjes die het heelal vullen. De vergelijkingen die de kwantumwereld beschrijven, zijn beperkt tot de subatomische sfeer. Maar een recente ontdekking suggereert dat de Schrödinger-vergelijking nuttig kan zijn om de evolutie op lange termijn van sommige astronomische structuren te beschrijven.
Het onderzoek is van Konstantin Batygin. Massieve astronomische objecten worden vaak omringd door groepen kleinere lichamen, roterend als planeten rond de zon. Sterrenkoppels draaien bijvoorbeeld om supermassieve sterren en reusachtige rotsachtige en ijzige voorwerpen draaien om sterren. Dankzij de gravitatiekrachten worden deze enorme hoeveelheden materiaal gevormd tot platte schijven. Ze worden gerepresenteerd door een veelvoud aan individuele deeltjes, die op grote schaal draaien. Ze kunnen een paar honderd lichtjaren uitrekken.
Gewoonlijk behouden astrofysische materiaalschijven gedurende de gehele levensduur geen ronde vormen. Na miljoenen jaren hebben ze zich ontwikkeld om grootschalige vervormingen, bochten of vervormingen te demonstreren. Het waren deze opkomende gebreken die wetenschappers in de war brachten. Zelfs computermodellen maakten het niet mogelijk de situatie volledig te begrijpen. Batygin besloot zich te wenden tot de verstoringstheorie om een eenvoudige wiskundige representatie van de evolutie van de schijf af te leiden. Deze benadering is gebaseerd op vergelijkingen die in de 18e eeuw zijn gemaakt door Joseph Louis Lagrange en Pierre-Simon Laplace. In het kader van de vergelijkingen worden individuele deeltjes en kiezels op elk baantraject wiskundig vergeleken. Dientengevolge kan de schijf gemodelleerd worden als een reeks concentrische lijnen, die langzaam het orbitale moment onderling uitwisselen.
Maar het gebruik van het model leidde tot een onverwacht resultaat. Door het maken van een fraudeschijf hebben wetenschappers het aantal regels op de schijf op een oneindig aantal gebracht, waardoor ze vervaagd kunnen worden tot het continuüm. Dus de berekeningen omvatten de Schrödinger-vergelijking.
De Schrödinger-vergelijking is de basis van de kwantummechanica, omdat deze het niet-intuïtieve gedrag van systemen op atomaire en subatomaire schalen beschrijft. Een van de gedragingen is dat subatomaire deeltjes zich eerder gedragen als golven in plaats van discrete deeltjes. Batygin gaat ervan uit dat grootschalige vervormingen in astrofysische schijven zich gedragen als deeltjes, en hun verdeling in het materiaal kan wiskundig worden beschreven.
Met de Schrödinger-vergelijking kan men de evolutie op lange termijn van astrofysische schijven karakteriseren. En dit is verrassend, omdat ze niet nadenken over deze vergelijking als ze afstanden in lichte jaren beschouwen. Het is daarom verbazingwekkend dat de formule, die meestal wordt gebruikt voor extreem kleine systemen, grote formaten beschrijft.
