Tại sao các lỗ đen siêu lớn không thể hợp nhất? (hoặc họ có thể?)


15

Bài báo của CNet Các nhà thiên văn học phát hiện ra hai lỗ đen siêu lớn trong một vòng xoắn ốc liên kết với Discovery của Quasar nhị phân tách biệt ở trung tâm của az ~ 0,2 Hợp nhất thiên hà và ý nghĩa của nó đối với sóng hấp dẫn tần số thấp (có sẵn trong ArXiv ) và nói:

Các lỗ đen siêu lớn thường được tìm thấy ở trung tâm của các thiên hà, bao gồm cả thiên hà của chúng ta và trong quá trình sáp nhập thiên hà, cuối cùng chúng bắt đầu một điệu nhảy tử thần, xoay quanh nhau trong một ví von gần như vô tận, cho đến khi cuối cùng hợp nhất. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện chưa rõ ràng về thời gian cần thiết để các lỗ đen hợp nhất - hoặc thực sự, nếu chúng hợp nhất cả.

Jenny Greene, giáo sư khoa học vật lý thiên văn tại Princeton và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: "Đó là một sự bối rối lớn đối với thiên văn học mà chúng ta không biết nếu các lỗ đen siêu lớn hợp nhất". "Đối với tất cả mọi người trong vật lý lỗ đen, theo quan sát, đây là một câu đố lâu đời mà chúng ta cần phải giải quyết."

Câu đố này được mệnh danh là "vấn đề phân tích cú pháp cuối cùng". Một số nhà thiên văn học tin rằng một khi hai lỗ đen siêu lớn gần nhau, giảm khoảng cách xuống còn 1 Parsec (3,2 năm ánh sáng), chúng có thể nhảy mãi mãi.

Câu hỏi: Nếu hóa ra các lỗ đen siêu lớn không thể hợp nhất, hoặc có một thời gian khó khăn để làm như vậy, lý do có thể là gì?

Câu trả lời:


17

Vấn đề chính là động lượng góc. Để hai vật thể bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn hợp nhất (cho dù lỗ đen, lỗ đen siêu lớn, hành tinh, ngôi sao, v.v.), chúng phải tạo ra động lượng góc đủ để tách quỹ đạo của chúng đủ nhỏ. Sự phân tách quỹ đạo trung bình (trục bán chính) được xác định hoàn toàn từ động lượng góc của quỹ đạo (ít nhất là trong cơ học cổ điển; tôi không biết điều đó có đúng với các tình huống tương đối như hợp nhất các lỗ đen khi chúng gần nhau không). Loại bỏ động lượng góc đòi hỏi tương tác với các đối tượng khác.

Khi hai thiên hà hợp nhất, cả hai lỗ đen siêu lớn của chúng đều có động lượng góc. Thông qua một hiện tượng gọi là "ma sát động", các tương tác hấp dẫn với các ngôi sao khác tạo ra các lỗ đen của phần lớn động lượng góc của chúng, cho đến khi chúng được đưa vào trong một vài phân tích hoặc tương tự nhau. Tại thời điểm này, các lỗ đen đã bắn ra tất cả các ngôi sao trong khu vực và có lẽ (không có gì) để ma sát động để tạo ra động lượng góc của chúng. Khi các lỗ đen đủ gần (tôi không biết đầu của mình gần đến mức nào), sự phát xạ của sóng hấp dẫn sẽ tạo ra cặp quỹ đạo của động lượng góc còn lại của chúng và việc sáp nhập trở nên không thể tránh khỏi.

Vì vậy, để trả lời câu hỏi của bạn , lý do khiến các lỗ đen siêu lớn không thể hợp nhất là vì chúng quá gần nhau để không có bất kỳ vật chất nào còn lại (sao, khí, v.v.) ở trung tâm thiên hà để loại bỏ động lượng góc từ cặp quỹ đạo, đã tự loại bỏ vật liệu, nhưng không đủ gần để phát ra sóng hấp dẫn để loại bỏ động lượng góc đủ nhanh để sự hợp nhất của chúng xảy ra bất cứ lúc nào (theo nghĩa thiên văn).


Đây là một câu trả lời tuyệt vời! Tôi đã học được nhiều điều khác nhau từ nó, tốt đẹp.
uhoh

1
1-rS/rrSr

1
Nói một chút về phạm vi, có hai quá trình hoạt động 1. Ma sát động, đó là sự tương tác trung bình của các BH riêng lẻ với quần thể sao (và vật chất tối) chung quanh chúng, và có hiệu quả theo quy mô của một Vài trăm phân tích cú pháp ...
Peter Erwin

1
... Và 2. Tương tác ba cơ thể hấp dẫn giữa BH nhị phân và các ngôi sao riêng lẻ, đó là cách bạn khiến các ngôi sao "bay ra" từ các vùng bên trong. Điều này chiếm ưu thế cho sự phân tách BH dưới vài trăm pc; nếu không có đủ các ngôi sao ở chính giữa để nhị phân tương tác với nó, thì nó có thể không thể thu nhỏ quỹ đạo của nó nhỏ hơn một Parsec hay như vậy - vấn đề "phân tích cú pháp cuối cùng".
Peter Erwin

3
Tôi cảm thấy như đang cố gắng hợp nhất chúng với một chuỗi các lỗ đen nhỏ hơn được định hướng tốt tạo thành một cây cầu.
Joshua
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.