Что происходит с массивными черными дырами в центрах галактик , когда они сливаются друг с другом?
Возникающие вопросы
Две галактики, дрейфующие во Вселенной, проходят на близком расстоянии друг от друга. Если они запутываются гравитацией, галактики начинают сливаться в течение миллиардов лет и постепенно сливаются в единую галактику. В рамках этого процесса происходит собственное слияние массивных черных дыр в центрах сливающихся галактик.
Когда эти массивные черные дыры начинают свою смертельную спираль, они сталкиваются с другой галактической материей, такой как звезды и газ. Хотя моделирование показало, что взаимодействие с соседними звездами заставляет двойную черную дыру вращаться быстрее, результаты не столь убедительны с точки зрения газообразного вещества. Некоторые исследования показали, что присутствие газа ускоряет синтез, в то время как другие предполагают, что оно замедляет его.
Скорость, с которой собираются массивные черные дыры, важна для будущих обсерваторий гравитационных волн , таких как космическая антенна лазерного интерферометра (LISA) . Ожидается, что слияние черных дыр в ядрах сталкивающихся галактик станет самым громким источником низкочастотных гравитационных волн в предстоящих исследованиях, но если какой-то процесс позволит избежать этих столкновений, это может быть неслыханно.
Черные дыры на бумаге
Элиза Бортолас (Миланский университет Бикокка, Италия) и ее коллеги использовали математическую модель соединения черных дыр, чтобы понять, как взаимодействия со звездами и присутствие газа влияют на обратную орбиту двойных систем черных дыр. В отличие от большинства предыдущих работ, набор дифференциальных уравнений Бортоласа позволял одновременно учитывать влияние звезд и газа.
Авторы обнаружили , что звезды и газ имеют тенденцию конкурировать друг с другом по мере слияния черных дыр. Если пара черных дыр аккрецирует лишь небольшое количество массы из окружающего вещества, гравитационные взаимодействия с соседними звездами заставляют пару черных дыр сжиматься. Если скорость аккреции больше, наличие газового диска заставляет бинарную систему черных дыр расширяться, задерживая соединение. В конце концов, однако, звезды побеждают, и пара сближается достаточно, чтобы излучать огромное количество энергии в виде гравитационных волн, отправляя черные дыры на курс столкновения.
Забегая вперед к предстоящим обнаружениям, результаты Бортоласа показывают, что присутствие газа может задержать соединение, но не предотвратит его полностью. В изучаемых авторами условиях присутствие газа увеличивало время до синтеза в несколько раз, но все синтезы происходили в течение нескольких сотен миллионов лет.
Это хорошая новость для LISA и других детекторов гравитационных волн, а также для негравитационного обнаружения этих событий; присутствие газа в окрестностях черных дыр, по-видимому, заставляет их останавливаться с разницей всего в несколько световых лет друг от друга, что увеличивает вероятность их обнаружения на этом этапе.