Почему сверхмассивные черные дыры не могут сливаться? (или могут?)

Статья CNet « Астрономы обнаруживают две сверхмассивные черные дыры в спирали смерти» ссылается на «Открытие двойного квазара с близким разделением в сердце галактики az ~ 0,2, сливающегося и его последствия для низкочастотных гравитационных волн» (доступно в ArXiv ) и говорится:

Сверхмассивные черные дыры обычно находятся в центре галактик, включая нашу собственную, и во время слияния галактик они в конечном итоге начинают танец смерти, вращаясь вокруг друг друга в почти бесконечном вальсе, пока, наконец, не сольются. Однако в настоящее время исследователи не знают точно, сколько времени требуется черным дырам для слияния, да и сливаются ли они вообще.

«Это большое затруднение для астрономии, что мы не знаем, сливаются ли сверхмассивные черные дыры», — сказала Дженни Грин, профессор астрофизических наук в Принстоне и соавтор исследования. «Для всех, кто занимается физикой черных дыр, с точки зрения наблюдений это давняя загадка, которую нам нужно решить».

Эта головоломка получила название «задача о финальном парсеке». Некоторые астрономы считают, что как только две сверхмассивные черные дыры сойдутся достаточно близко друг к другу, сократив расстояние до 1 парсека (3,2 световых года), они могут танцевать вечность.

Вопрос: Если выяснится, что сверхмассивные черные дыры не могут сливаться или с трудом могут слиться, каковы могут быть причины?

Ответы (1)

Основная проблема - угловой момент. Чтобы два гравитационно связанных объекта слились (будь то черные дыры, сверхмассивные черные дыры, планеты, звезды и т. д.), они должны потерять достаточно углового момента, чтобы их орбитальное расстояние стало достаточно маленьким. Среднее орбитальное расстояние (большая полуось) полностью определяется угловым моментом орбиты (по крайней мере, в классической механике; я не знаю, верно ли это для релятивистских ситуаций, таких как слияние черных дыр, когда они сближаются). Удаление углового момента требует взаимодействия с другими объектами.

Когда две галактики сливаются, их сверхмассивные черные дыры имеют угловой момент. Благодаря явлению, известному как «динамическое трение», гравитационные взаимодействия с другими звездами лишают черные дыры большей части их углового момента, пока они не оказываются на расстоянии нескольких парсеков или около того друг от друга. В этот момент черные дыры выбросили все звезды, которые были в этом регионе, и (предположительно) не осталось ничего, что могло бы уменьшить их угловой момент из-за динамического трения. Как только черные дыры окажутся достаточно близко (я не знаю, насколько близко), излучение гравитационных волн лишит орбитальную пару их оставшегося углового момента, и слияние станет неизбежным.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос , причина того, что сверхмассивные черные дыры не могут слиться, заключается в том, что они слишком близко друг к другу, чтобы в центре галактики оставался какой-либо оставшийся материал (звезды, газ и т. д.), чтобы удалить угловой момент из орбитальная пара уже удалила материал, но не находится достаточно близко для излучения гравитационных волн, чтобы удалить угловой момент достаточно быстро, чтобы их слияние могло произойти в ближайшее время (в астрономическом смысле).

Это отличный ответ! Я узнал несколько разных вещей от него, хорошо.
Безопасно использовать ньютоновские приближения, когда расстояние между ЧД велико. Чтобы получить приблизительное представление о том, где релятивистские эффекты становятся слишком большими, чтобы их игнорировать, используйте коэффициент замедления времени Шварцшильда. 1 − р с / р , где р с - радиус Шварцшильда, а р это расстояние.
Чтобы быть немного педантичным, здесь работают два процесса. 1. Динамическое трение, которое представляет собой среднее взаимодействие отдельных ЧД с общим населением звезд (и темной материи) в их окрестностях и которое эффективно вплоть до масштабов несколько сотен парсеков...
... и 2. Гравитационное трехчастичное взаимодействие между двойной ЧД и отдельными звездами, благодаря которому звезды "выбрасываются" из внутренних областей. Это преобладает для разделений ЧД менее нескольких сотен пк; если в самом центре бинарной системы недостаточно звезд, чтобы с ней можно было взаимодействовать, она не сможет уменьшить свою орбиту меньше парсека или около того — проблема «последнего парсека».
Мне хочется попытаться слить их с меткой цепочкой более мелких черных дыр, образующих мост.
@PeterErwin Я думаю, вам нужно дополнительное пространство, поэтому я только что спросил, как две сверхмассивные черные дыры достигают «последнего парсека» при слиянии галактик?
@NeutronStar то же самое
Расстояние, на котором доминируют гравитационные волны, составляет от 0,001 до 0,01 парсека. Вот почему слияние кажется трудным: вы начинаете с парсека или больше и должны сократить это расстояние на несколько порядков, тогда как сближение по спирали в эту точку заняло бы больше времени, чем время жизни Вселенной. И тогда возникает проблема: мы думаем, что у нас есть доказательства того, что сверхмассивные черные дыры слились раньше, и что есть по крайней мере один кандидат на вдохновляющую пару, которая намного ближе, чем должна быть, без чего-то еще, что могло бы сблизить их.
Почему сверхмассивные черные дыры не могут сливаться? (или могут?)
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v