Dlaczego supermasywne czarne dziury nie łączą się? (czy mogą?)

Artykuł CNet Astronomowie odkrywają dwie supermasywne czarne dziury w spirali śmierci łączy się z odkryciem binarnego kwazara o bliskiej separacji w sercu połączonej galaktyki az ~ 0.2 i jego implikacji dla fal grawitacyjnych o niskiej częstotliwości (dostępne w ArXiv ).

Supermasywne czarne dziury zwykle znajdują się w centrum galaktyk, w tym także naszych, a podczas fuzji galaktyki kończą się tańcem śmierci, wirując wokół siebie w nieskończonym walcu, aż w końcu się łączą. Jednak badacze obecnie nie są pewni, ile czasu zajmuje scalenie czarnych dziur - a nawet, jeśli w ogóle się scalą.

„To ogromne wstyd dla astronomii, że nie wiemy, czy supermasywne czarne dziury się połączą” - powiedziała Jenny Greene, profesor nauk astrofizycznych w Princeton i współautorka badań. „Dla wszystkich w fizyce czarnej dziury obserwacyjnie jest to od dawna łamigłówka, którą musimy rozwiązać”.

Ta zagadka jest nazywana „problemem ostatnich parsek”. Niektórzy astronomowie uważają, że gdy dwie supermasywne czarne dziury zbliżą się wystarczająco blisko siebie, zmniejszając ich odległość do 1 parsek (3,2 lat świetlnych), mogą tańczyć na wieczność.

Pytanie: Jeśli okaże się, że supermasywne czarne dziury nie mogą się łączyć lub mają trudności z robieniem tego, jakie mogą być przyczyny?

Głównym problemem jest moment pędu. Aby dwa połączone grawitacyjnie obiekty połączyły się (czarne dziury, supermasywne czarne dziury, planety, gwiazdy itp.), Muszą zrzucić wystarczająco pęd kątowy, aby ich orbitalna separacja stała się wystarczająco mała. Średni odstęp między orbitami (oś pół-główna) jest określany całkowicie na podstawie momentu pędu orbity (przynajmniej w mechanice klasycznej; nie wiem, czy dotyczy to sytuacji relatywistycznych, takich jak łączenie czarnych dziur, gdy zbliżają się do siebie). Usunięcie momentu pędu wymaga interakcji z innymi obiektami.

Kiedy dwie galaktyki łączą się, ich supermasywne czarne dziury mają moment pędu. Poprzez zjawisko znane jako „tarcie dynamiczne” interakcje grawitacyjne z innymi gwiazdami zasysają czarne dziury znacznej części ich momentu pędu, dopóki nie zostaną one umieszczone w odległości kilku parseków od siebie. W tym momencie czarne dziury wyrzuciły wszystkie gwiazdy, które były w regionie i (prawdopodobnie) nie ma już nic do dynamicznego tarcia, aby osłabić ich moment pędu. Kiedy czarne dziury będą wystarczająco blisko (nie wiem, jak blisko), emisja fal grawitacyjnych zaszkodzi orbitującej parze ich pozostałego momentu pędu i połączenie staje się nieuniknione.

Aby odpowiedzieć na twoje pytanie , przyczyną, dla której supermasywne czarne dziury nie mogą się połączyć, jest to, że znajdują się zbyt blisko siebie, aby w centrum galaktyki pozostał jakikolwiek materiał (gwiazdy, gaz itp.), Aby usunąć moment pędu z para orbitująca, która już sama usunęła materiał, ale nie jest wystarczająco blisko, aby emisja fal grawitacyjnych mogła usunąć pęd kątowy wystarczająco szybko, aby ich połączenie nastąpiło w najbliższym czasie (w sensie astronomicznym).