Слушая подкасты или просматривая видеоролики на YouTube, в которых астрономы обсуждают слияния галактик, я часто слышу разговоры о том, как сверхмассивные черные дыры в их центрах сольются во время или вскоре после столкновения. Почему мы считаем, что это так?
Априори я ожидал бы, что СМЧД будут вести себя так же, как и все другие галактические объекты. Они могут быть необычайно массивными, но физически они все еще ничтожны по сравнению с огромным пустым пространством между звездами в галактике. Столкновения между объектами (не считая гигантских газовых и пылевых облаков) были бы необычайно редки, так почему же мы делаем исключение для СМЧД?
Я мог видеть случай их слияния в (редком?) случае, когда галактики-хозяева сталкиваются друг с другом таким образом, что общий центр масс совпадает с их индивидуальными центрами масс. В этом случае сверхмассивные чёрные дыры могут оказаться достаточно близко, чтобы вращаться вокруг друг друга, отдавая энергию гравитационным волнам и, в конце концов, сливаясь. Однако я думаю, что этот сценарий довольно редок. Я нахожу более правдоподобным, что среднестатистическое слияние галактик оставило бы СМЧД независимо вращающимися вокруг центра объединенной галактики, слишком далеко друг от друга, чтобы потерять какую-либо значительную кинетическую энергию из-за гравитационных волн.
Астрономы, которые говорят о галактических слияниях, знают об этом предмете чертовски больше, чем я, поэтому я предполагаю, что в моих предположениях или моем понимании физики есть недостатки. Что мне не хватает?
СМЧД находятся в нижней части галактических потенциалов, в которых преобладают гало темной материи галактик. Но хотя темная материя доминирует над гравитацией, столкновения между частицами газа и пыли в межзвездной среде вызывают достаточное трение, чтобы барионный компонент галактик замедлялся. Это заставит другие компоненты галактик также замедляться из-за гравитационного притяжения: путешествуя через межзвездную среду, масса (барионная и небарионная), притягиваемая сверхмассивной ЧД, будет иметь тенденцию к увеличению плотности позади сверхмассивной ЧД, замедляя ее. , а эффект называется динамическим трением .
Более того, несмотря на то, что темная материя (а на практике звезды и черные дыры, поскольку они очень малы) бесстолкновительна, существует несколько способов «расслабиться», т.е. эволюционировать в направлении равновесия. В контексте слияния галактик наиболее важным механизмом (я думаю) является «сильная релаксация», когда быстрое изменение гравитационного потенциала заставляет частицы расслабляться, например, более массивные частицы имеют тенденцию передавать больше энергии своим более легким соседям и, таким образом, становятся более тесно связаны, опускаясь к центру гравитационного потенциала.
Хотя сверхмассивные ЧД… ну, сверхмассивные, в потенциале (обычно) преобладают темная материя, газ и звезды, поэтому новый гравитационный потенциал также заставит сверхмассивные ЧД стремиться ко дну таким же образом и в конечном итоге слиться.
Короткий ответ — « динамическое трение »: массивные объекты, движущиеся через поле менее массивных объектов, создают «след», который тянет их назад, что приводит к потере энергии. Поскольку СМЧД гораздо массивнее звезд, молекул и атомов газа и частиц темной материи (какими бы они ни были), они особенно склонны к этому. Чистый эффект состоит в том, что сверхмассивные чёрные дыры теряют энергию и оседают в центре (объединенной) системы.
Как только они образуют двойную систему, они также могут терять энергию из-за столкновений трех тел со звездами вблизи (объединенного) центра галактики: звезда взаимодействует с двойной сверхмассивной ЧД и получает энергию (обычно выбрасываемую из ядра галактики), в то время как двойная система теряет энергию. сжимаясь. Массивные эллиптические галактики часто имеют звездные «ядра» с низкой плотностью, которые обычно считаются остатками одного или нескольких циклов слияния СМЧД и двойных систем. Если в центре галактики много газа, они также могут сжиматься из-за гравитационного взаимодействия с газом.
галантный
пела
пела
Процветает
пела
пела
Кейт Томпсон
пела