在銀河系的中心，數百萬顆恒星繞著一個超大質量黑洞繞著軌道旋轉。對于靠近黑洞事件視界的恒星來說，這條電路可能要花費幾個小時，而對于遙遠的鄰居來說，這條電路可能需要數千年的時間。舞蹈的性質(星辰如何通過其引力共同相互作用)可能因星系而異。

在2019年7月12日發表在《物理評論快報》上的論文《黑洞星團中的有序無序相變》中，來自貝魯特美國大學和萊頓大學的高級研究所的科學家們邁出了第一步了解圍繞超質量黑洞的星團中出現的集體軌道模式。通過研究這些恒星團及其演化過程，研究人員正在收集有關超大質量黑洞的行為及其對恒星周圍環境的影響的新見解。

基于一系列數值模型和模擬，研究小組表明，當黑洞星團冷卻到臨界動態溫度以下時，它們會經歷從球形到偏斜狀態的相變。在某種意義上，這種相變類似于液體變成固體時發生的相變。正如分子可能從無序液態轉變為凍結狀態一樣，這些星團根據其性質和環境，能夠以無序(球形)或有序(傾斜)結構達到平衡。

該論文的三位作者之一，高級研究學院的理查德·布萊克(Richard Black)教授斯科特·特雷曼(Scott Tremaine)說：“這些系統表現出令人驚訝的豐富行為，與經過充分研究的實驗室現象如冷凍和鐵磁性有顯著的相似之處。” “這些新現象可能會極大地改變我們對超大質量黑洞環境的理解，并增強我們對超大質量黑洞合并的速率和性質，黑洞對恒星的消耗以及星系中心其他現象的理解能力。”

在哈勃太空望遠鏡拍攝的附近仙女座星系的影像中，可以看到一個圍繞著超大質量黑洞的傾斜的核星團。另一方面，最近由事件地平線望遠鏡拍攝的我們家中的銀河系和M87則容納了球狀星團。對于更遙遠的星系，核星團太小而無法用現有的望遠鏡成像，但團簇的形狀可能會強烈影響我們可以觀察到的瞬態事件，例如潮汐擾動產生的耀斑和恒星旋轉成黑色的引力波信號洞。

另一位研究者吉哈德·圖瑪(Jihad Touma)表示：“目前的工作，不只是一種方式，是我們對黑洞星團熱性質的研究計劃的終結。這為研究它們對進化和環境擾動的集體反應奠定了基礎。”該論文的作者。“我們相信，我們已經確定和分析的模型系統具有現實性和通用性，足以在重力作用中扮演伊辛模型并繼續為磁性發揮作用。”

這段來自智利ESO超大型望遠鏡上的NACO儀器的延時錄像顯示，恒星繞銀河系中心位于超大質量黑洞的軌道運行了近20年。圖片提供：歐洲南方天文臺(ESO)

為了確定自然界中這種相變發生的頻率，需要進一步研究核星團的形成和演化過程。但是，仙女座(我們的星系最近的大鄰居星系)中存在偏斜星團，這表明這是宇宙中的一個普遍過程。

該研究小組由貝魯特美國大學的圣戰分子托馬(Jihad Touma)和自然科學學院的前IAS成員兼訪問者(2007–09; 2013–14; 2017)組成。高等研究院的Scott Tremaine;和萊頓大學的Mher Kazandjian。

此處提供了詳細介紹團隊方法的論文鏈接。團隊承認使用IAS計算工具來執行對其工作必不可少的計算。