Последняя "проблема" парсека

Многие, а может быть, и все галактики содержат сверхмассивные черные дыры размером около 10 7 М ⊙ в их центрах. Определение их происхождения представляет большой астрофизический интерес.

В том, что я понимаю как популярную в настоящее время теорию «иерархического слияния», сверхмассивные черные дыры со временем становятся больше за счет повторяющихся слияний между меньшими дырами, например, во время галактических слияний. Для этого требуется естественный механизм, рассеивающий орбитальную энергию и угловой момент между дырами, чтобы они обычно сливались за гораздо меньшее время, чем время Хаббла.

Когда отверстия находятся очень далеко друг от друга (намного дальше парсека), такой механизм существует в виде газового сопротивления (РЕДАКТИРОВАТЬ: реальный механизм здесь — динамическое трение; спасибо Крису Уайту за указание на это). И когда они очень близко, становится важной реакция гравитационного излучения. Но на расстоянии около парсека дыры, похоже, не сближаются и, согласно современной теории, никогда не должны сливаться. Таким образом, «последняя проблема парсека»: как нам свести дыры достаточно близко друг к другу, чтобы произошло слияние?

Однако, насколько мне известно, на самом деле нет никаких доказательств того, что черные дыры когда-либо сливаются . Большой рой маленьких черных дыр на расстоянии парсека друг от друга был бы в равной степени совместимым с наблюдением. Или другой процесс, отличный от иерархического слияния, может объяснить дыры. Так что кажется, что эта «проблема» больше связана с карьерой ученых, занимающихся гравитационными волнами, чем с какими-либо реальными трудностями в астрофизике. Или я несправедлив?

Судя по концу вашего вопроса, вы, кажется, разглагольствуете против названия рассматриваемой идеи. Я не уверен, считаете ли вы проблему проблемой или нет. Непонятно, что ты пытаешься сказать.
На очень больших расстояниях именно динамическое трение, а не сопротивление газа, сближает черные дыры. Кроме того, большой рой черных дыр будет невероятно динамически нестабилен — очень быстро некоторые из них будут выброшены, а остальные сольются.
@ HDE226868 HDE226868 Я спрашиваю, в каком смысле эта часто упоминаемая проблема в астрофизике вообще является проблемой, поскольку, по крайней мере, в ее наиболее распространенном представлении она, похоже, не связана с каким-либо парадоксом.
@ChrisWhite Почему они нестабильны? Разве весь смысл предполагаемого парадокса не в том, что они еще недостаточно близки, чтобы осмысленно динамически влиять друг на друга в субхаббловских масштабах времени? Они, конечно, были бы нестабильны при бинарном разделении , но вся проблема в том, что мы не можем понять, как сделать их такими близкими.
Юпитер не упадет на Солнце. Но если бы в пределах 5 а.е. от Солнца было 20 юпитеров, многие из них упали бы.
@ChrisWhite Конечно, я согласен. Но фазовое пространство в 1 парсек намного больше, и я думаю, для меня не очевидно, что все должно масштабироваться. Если вы действительно так считаете, я поверю вам на слово, но даже если мы не верим в рои, я не уверен, что это решит проблему: как вы заметили, эффекты N-тел могут с таким же успехом выбрасывать отверстия. Таким образом, можно интерпретировать последнюю проблему парсека + нестабильность роя как свидетельство против того, что иерархические слияния вообще являются источником сверхмассивных ЧД.
Я думаю, ты справедлив. Нет никаких фактических доказательств того, что черные дыры когда-либо сливаются. DilithiumMatrix дал косвенные косвенные доказательства, но они совсем не убедительны. Рискну предположить, что когда подходишь к вопросу с другой стороны, "проблема" уходит. ИМХО, подход включает в себя получение интуитивного понимания ОТО, применение его к звездным черным дырам, а затем переворачивание вещей и размышление о ранней Вселенной. Уходят и некоторые другие «проблемы».
Обновите также @JohnDuffield: теперь есть убедительные доказательства прямого измерения слияния черных дыр, поэтому проблема решена (экспериментально).
@Danu: обратите внимание на «the» в моем комментарии и на то, что этот вопрос касается сверхмассивных черных дыр. У нас есть хорошие доказательства распада двойных пульсаров , я не думаю, что есть большая проблема в слиянии звездных черных дыр.
@Danu С астрофизической точки зрения вопрос о том, сливаются ли сверхмассивные черные дыры, качественно отличается от вопроса о том, сливаются ли сверхмассивные черные дыры: двойные сверхмассивные черные дыры (предположительно) создаются во время галактических слияний, а звездные массы (предположительно) формируются как двойные в первом место. Этот вопрос касается сверхмассивных двойных систем; LIGO наблюдал слияние звездных масс.

Ответы (1)

Отличный вопрос.

1) Есть косвенные (и косвенные) доказательства того, что они сливаются . Хотя есть несколько известных примеров явно «бинарного» (или, точнее, «двойного») AGN (например , Komossa+2003 или Rodriguez+2006 ), кажется, что таких систем очень заметно не хватает --- предполагается, что они не t проводят очень много времени на наблюдаемых расстояниях. Обратите внимание, что «наблюдаемый» не обязательно означает (оптически) разрешимый, поскольку РСДБ также обнаружил очень мало двойных систем, а также существуют спектроскопические методы, которые должны быть более информативными .чувствительнее, чем ближе системы. Кроме того, люди предположили, что теснота отношения M-сигма предполагает, что бинарные файлы BH эффективно сливаются. Наконец, все хорошо ограниченные наблюдения ЧД (например, по профилям звездных скоростей) могут достаточно надежно исключить присутствие массивных спутников.

2) Появляется все больше теоретических оснований полагать, что «проблема конечного парсека» не так серьезна, как считалось ранее. Один из лучших обзоров на эту тему дан Merritt and Milosavljević 2009 .

На масштабах парсеков доминирующий механизм «упрочнения» (сближения двойной системы) заключается в рассеянии одиночных звезд в так называемом «конусе потерь». Если взять простейшую аналитическую модель конуса потерь, сферически-симметричного, изотропного распределения звезд, то конус потерь быстро «истощается» — лишь небольшое число звезд способно рассеиваться с двоичный файл, и как только они это делают, конус потерь становится «пустым» и очень медленно пополняется. Более реалистичные модели, которые учитывают возмущения от анизотропных и несферических систем, предполагают, что конус потерь может быть восполнен намного быстрее и эффективнее.

Кроме того, важность локального сопротивления газа для двойной системы в масштабах парсеков и субпарсеков кажется гораздо более значительной, чем предполагалось изначально. Это происходит по двум причинам: 1) большое количество дополнительного плотного газа направляется к галактическому центру во время слияний. ii) формирование циркумбинарного газового диска может быть гораздо более эффективным для извлечения орбитальной энергии/углового момента, чем предполагалось изначально (например , Куадра+2009 , МакФадьен и Милосавлевич 2008 ).

Прямо сейчас все теоретические модели предполагают, что очень большая часть бинарных файлов MBH должна сливаться очень эффективно, т. е. в масштабах времени менее примерно 10 8 годы. Даже довольно существенные модификации ручек этих моделей, похоже, не меняют основного вывода о том, что мы находимся на пороге обнаружения бинарных систем MBH с помощью Pulsar Timing Arrays (PTA). Единственная большая оговорка, на мой взгляд , заключается в том, что диапазон частот, к которому наиболее чувствительны PTA, на самом деле может быть на частотах, где двоичные файлы MBH проводят наименьшее время. Однако ни одна из моделей, которые я видел, не предполагает, что нам следует слишком беспокоиться об этом.

Все это является чрезвычайно активной областью исследований, и как наблюдения, так и теоретические модели очень сложны в исполнении, но, надеюсь, очень скоро мы увидим впечатляющий прогресс на обоих фронтах.

Последняя "проблема" парсека
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v