Наблюдался ли прирост массы в результате аккреции на черную дыру?

Наблюдали ли мы, как черная дыра напрямую набирает массу в результате аккреции? То есть наблюдали ли мы, что черная дыра имеет массу м 1 вовремя т 1 а затем заметил, что его масса м 2 > м 1 позже т 2 > т 1 ?

Я понимаю, что это, скорее всего, будет правдоподобно для рентгеновских двойных звездных масс или для сверхмассивных черных дыр, и что неопределенность измерения массы такой черной дыры должна быть меньше, чем изменение массы из-за аккреции. Но мне интересно, есть ли у нас какие-либо наблюдательные доказательства того, что масса черной дыры увеличивается по мере ее аккреции (конечно, теоретически так и должно быть, независимо от того, существует ли гравитационная сингулярность на самом деле или нет!).

С помощью гравитационных волн мы наблюдали, как черные дыры набирают массу в результате поглощения других черных дыр или нейтронных звезд. Я думаю, что прирост массы от аккреционных дисков будет слишком медленным, чтобы наблюдать его за разумное время.
Действительно, но я действительно хочу спросить об аккреции, а не о слияниях. Итак, можно ли привести количественный аргумент, демонстрирующий, что количество массы, полученное в результате аккреции за временные рамки человеческих наблюдений, слишком мало, чтобы его можно было измерить? И в каком режиме можно было бы наблюдать достаточно высокую скорость аккреции в течение достаточно долгого времени, чтобы наблюдать изменение массы в результате аккреции?
+1за интересный вопрос! Я надеюсь, что следующие вопросы распространят это и на другие объекты. Эффекты падения массы могут вызвать вспышки, но последующие измерения показали, что увеличение массы является проблемой.

Ответы (1)

К сожалению, ответ «Нет», потому что темпы аккреции слишком малы, а наша способность измерять массы черных дыр слишком неопределенна, чтобы это можно было увидеть в разумные сроки. Учитывая нашу текущую способность измерять массы черных дыр, вам, как правило, придется ждать миллионы или десятки миллионов лет, чтобы увидеть какие-либо изменения, связанные с аккрецией.

Давайте посмотрим на сверхмассивные черные дыры (СМЧД)[1]. Наиболее точное измерение массы сверхмассивной ЧД внешней галактики [2] сделано для NGC 4258 (M106): 3,98 ± 0,04 × 10 7 М ⊙ ( Рейд и др., 2019 ). Другие измерения сверхмассивных черных дыр в лучшем случае имеют неопределенность на уровне 10%, а многие из них имеют погрешность в несколько раз. Так что, как минимум, вам нужно, чтобы масса SMBBH выросла хотя бы на процент, чтобы иметь шанс обнаружить изменение. Сколько времени это займет?

У Дейли (2021) есть несколько хороших таблиц с оценками скорости аккреции (в солнечных массах в год) и соответствующими массами черных дыр. Максимальная скорость аккреции около 10 масс Солнца в год у квазара 3С 268.4 (табл. 4) . Поскольку этот квазар имеет предполагаемую массу сверхмассивной черной дыры 6 × 10 9 М ⊙ , вам потребуется около 60 миллионов лет, чтобы получить увеличение массы на 10%, или 6 миллионов лет, чтобы получить увеличение на 1%. (Предполагая, что скорость аккреции остается постоянной, что не гарантируется!)

Для NGC 4258, где мы можем измерить массу сверхмассивных ЧД примерно на уровне 1%, расчетная скорость аккреции (для сейфертовского ядра) составляет около 0,002 массы Солнца в год. Так что нам пришлось бы ждать около 200 миллионов лет, чтобы увидеть заметное увеличение его массы.

В таблице 1 этой статьи приведены некоторые средние значения темпов аккреции и масс СМЧД, которые показывают, что общая тенденция такая же, как и для этих двух конкретных случаев: вам придется подождать по крайней мере несколько десятков миллионов лет, чтобы увидеть измеримое увеличение масса СМЧД.

В той же статье также есть некоторые галактические («звездная масса») измерения аккрецирующих черных дыр для рентгеновских двойных систем. Хотя массы ЧД намного меньше (некоторые меньше 10 М ⊙ ), таковы темпы аккреции. Самая маломассивная ЧД (GX 339-4, около 6 М ⊙ ) имеет скорость аккреции около 3 × 10 − 9 М ⊙ в год, поэтому вам потребуется около 20 миллионов лет, чтобы увидеть увеличение массы на 1%. (Я подозреваю, что неопределенность в массе ЧД, вероятно, составляет не менее 10%, поэтому вам, скорее всего, понадобится несколько сотен миллионов лет.)

[1] Отчасти потому, что я изучаю именно такие черные дыры, поэтому я больше знаю о данных.

[2] Собственная сверхмассивная ЧД Млечного Пути (Sgr A*) имеет массу 4.152 ± 0,014 × 10 6 М ⊙ , что представляет собой неопределенность ∼ 0,3 %, но его текущая скорость прироста (Day 2021) составляет ∼ 6 × 10 − 7 М ⊙ в год, так что ждать придется около десяти миллиардов лет ....

Спасибо за этот исчерпывающий ответ! Очень полезно увидеть некоторые ключевые примеры систем с их массами и темпами аккреции. Я подозревал, что безнадежно измерять прирост массы напрямую. Особенно со Sgr A*!!! Солнце может умереть до того, как мы увидим заметное изменение его массы ;D
Итак, прежде чем принять ваш ответ, у меня есть один дополнительный вопрос: существуют ли косвенные методы, с помощью которых можно обнаружить изменение массы? Например, в принципе, может ли рентгеновское излучение от аккреции на компактное тело воздействовать на окружающие звезды таким образом, чтобы можно было сделать вывод об изменении массы, т. е. светимость изменяется на Икс , что означало бы, что масса ЧД изменилась на у ? ИЛИ это также невозможно, поскольку изменение светимости было бы практически невозможно обнаружить в человеческом временном масштабе?
@DaddyKropotkin Я сильно подозреваю, что это не сработает не только потому, что (как вы предполагаете) изменение светимости будет слишком медленным, но и потому, что оно будет зависеть от очень многих других вещей (особенно от самой скорости аккреции, нестабильности в аккреционный диск и др.).
Если вы посмотрите на Таблицу 3 статьи Дейли (2021), вы увидите всевозможные флуктуации скорости аккреции (которая основана на аккреционной светимости) для рентгеновских двойных звезд — например, вариации порядка величины или больше. Так что это было бы хуже , чем динамическое измерение массы, когда вам не нужно беспокоиться о том, что вторичная звезда (или пятна излучения мазера или что-то еще) прыгает в коротких временных масштабах.
Хотя я согласен с тем, что точность является проблемой, я думаю, что ваши оценки могут быть слишком пессимистичными. Можете ли вы объяснить, чем обусловлены погрешности измерения массы? Если бы это было так, например, из-за того, что расстояние до ЧД неизвестно, то это не играло бы никакой роли в определении того, насколько точно вы могли бы обнаружить изменение массы ЧД.
@ProfRob Для подавляющего большинства измерений SMBH неопределенности являются формальными статистическими погрешностями моделирования (например, Δ х ν 2 "=" 1 кумулятивные маргинальные распределения правдоподобия и т. д.; см., например, раздел 7 Erwin+2018 ). Сюда почти никогда не включаются неопределенности на расстоянии.
хорошо, но документ, на который вы ссылаетесь для NGC 4258, похоже, посвящен одновременному определению расстояния с параметрами черной дыры. Итак, я хочу сказать, что для ответа на вопрос следует смотреть на неопределенности параметров ЧД с фиксированным расстоянием (и любыми другими «неинтересными» параметрами). Я уверен, что точность еще слишком мала, чтобы надеяться на измерение увеличения массы.
Конечно, хотя это уникальный случай, когда расстояние более интересно, чем масса ЧД (поскольку это прямое определение, позволяющее провести независимую калибровку расстояния между цефеидами и звездами). Если вы посмотрите на угловой график на рис. 1, трудно понять, как вы могли бы получить более чем 2-5-кратное улучшение неопределенности массы ЧД, если бы вы придерживались фиксированного расстояния. Так что, может быть, 40 миллионов лет вместо 200 миллионов для той галактики...
Наблюдался ли прирост массы в результате аккреции на черную дыру?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v