Как газ в аккреционных дисках сверхмассивных черных дыр создает орбитальные крутящие моменты на меньших черных дырах внутри дисков, заставляя их мигрировать?

Этот ответ на вопрос Что увеличивает скорость захвата и слияния пар маленьких черных дыр, вращающихся вокруг сверхмассивных черных дыр? ссылки на Миграционные ловушки в дисках вокруг сверхмассивных черных дыр , которые включают следующее предложение во введении:

Таким механизмом может быть миграция к ловушечным орбитам. Объекты, вращающиеся внутри дифференциально вращающихся дисков, обмениваются угловым моментом с газом вокруг них, когда они вращаются, что приводит к крутящему моменту, обычно вызывающему миграцию объектов.

Вопрос: Как именно градиенты плотности в аккреционных дисках сверхмассивных черных дыр создают крутящие моменты на меньших черных дырах, вращающихся внутри дисков? Это связано с простыми гравитационными силами, эффектами ОТО (может быть, с какой-то «спин-орбитальной связью»?), аэродинамическим сопротивлением, аккрецией маленькой черной дыры в градиенте скорости, чем-то еще или комбинацией всего вышеперечисленного?

Одно предложение в связанном ответе

Эти «миграционные ловушки» ( Белловари и др., 2016 ) вызваны крутящими моментами, действующими на объекты на орбите (в данном случае на черные дыры), вызванными аккрецией газа.

и я думаю, это означает, что орбитальный крутящий момент (крутящий момент на маленькой черной дыре вокруг центра ЧДД) возникает из-за аккреции газа маленькой черной дырой. Если это так, то можно немного уточнить?

Ответы (2)

Не совсем моя область, но этот вопрос, вероятно, связан с миграцией планет в околозвездных дисках. В этом случае миграция вызвана гравитационным взаимодействием между планетой и газом в диске. Есть два объяснения этому эффекту

  • Импульсное приближение: рассмотрим порцию газа в корротирующей системе отсчета. Если газ находится достаточно близко к орбите планеты на внутренней орбите, он в конечном итоге достигнет планеты, и его гравитационное притяжение переместит ее на внешнюю орбиту. По изменению скорости газа можно рассчитать крутящий момент, действующий на планету. Этот подход относительно прост с точки зрения математики, но использует множество предположений, которые не соответствуют действительности. Однако с его помощью можно получить оценку порядка величины.

  • Резонансные крутящие моменты: разложите крутящий момент, действующий на планету, на сумму отдельных крутящих моментов в резонансных точках диска. Гораздо сложнее, но результаты лучше.

Вы можете найти полную дедукцию в «Астрофизике формирования планет» Армитиджа или компактную версию в этой статье .

Конечно, между планетами и черными дырами есть различия (поправки ОТО, большая скорость аккреции и т. д.), но я бы предположил, что физические принципы в основном одинаковы.

Можете ли вы тогда хотя бы каким-то конкретным образом объяснить, как гравитационное взаимодействие планетарного тела с дифференциально вращающимся диском, если газ приводит к миграции? На самом деле я не вижу здесь никакого ответа, кроме «гравитации» и «сгустка газа». Спасибо!
Ответ заключается в дифференциальном крутящем моменте, который следы вызывают на теле, создающем следы. Симметрия, благодаря которой крутящие моменты не сокращаются, нарушается дифференциальным вращением в кеплеровом диске. Армитаж и его группа — одни из тех, кто занимается этими проблемами.
@planetmaker, не могли бы вы опубликовать короткий ответ, упомянув об этом и, возможно, процитировав оттуда пару предложений? Я всегда ищу ответы, которые можно принять. Спасибо!

Гравитирующий объект в диске создает след на внутреннем крае своей орбиты, а также на внешнем крае своей орбиты. Внутренний след является ведущим следом, а внешний след - отстающим. Крутящие моменты, создаваемые этими двумя следами, компенсировались бы, если бы у диска не было сдвига. Тем не менее, диски в астрофизическом контексте подвержены кеплеровскому сдвигу - и, таким образом, крутящие моменты, создаваемые двумя следами, не совсем симметричны, поэтому передача импульса происходит от диска к объекту и наоборот, что может привести к миграции. Это явление часто наблюдается в протопланетных дисках и поэтому часто обсуждается и анализируется в этом контексте:

При детальном рассмотрении существует как минимум три различных типа миграции для объекта, встроенного в диск, тип 1 — линейный случай для объекта небольшой массы, тип 2 и 3 — для тяжелого объекта и потока массы через зазор. Эти случаи подробно обсуждаются в этой статье Папалоизу и др., а также во многих других, таких как документы Армитиджа, цитируемые Пабло Лемосом в другом ответе.

Спасибо, это полезное объяснение!