Чому ми вважаємо, що супермасивні чорні діри в центрах двох галактик, що зливаються, самі б злилися?

Під час прослуховування подкастів або перегляду відеороликів на YouTube астрономів, що обговорюють об'єднання галактик, я часто чую розмови про те, як супермасивні чорні діри в їх центрах будуть зливатися під час зіткнення або незабаром після нього. Чому ми вважаємо, що це так?

Апріорі, я б очікував, що SMBH поводитиметься так само, як і всі інші галактичні об'єкти. Вони можуть бути надзвичайно масивними, але фізично вони все ще незначні в порівнянні з величезним порожнім простором між зірками в галактиці. Зіткнення між об'єктами (без урахування гігантських хмар газу та пилу) були б надзвичайно рідкісними, тому чому ми робимо виняток для SMBH?

Я міг бачити випадок їх злиття в (рідкісному?) Екземплярі, коли галактики господаря потрапляють одна в одну таким чином, що взаємний центр маси трапляється збігається з їх окремими центрами маси. У цьому випадку СМБК можуть бути досить близькими для орбіти один одного, втрачаючи енергію гравітаційним хвилям і врешті зливаючись. Я думаю, що цей сценарій є досить рідкісним. Мені здається більш правдоподібним, що середнє злиття галактики залишить СМБХ незалежно навколо орбіти центру об'єднаної галактики, занадто далеко, щоб втратити будь-яку значну кінетичну енергію для гравітаційних хвиль.

Астрономи, які говорять про галактичні злиття, знають чортове набагато більше, ніж я про цю тему, тому я припускаю, що в моїх припущеннях чи моєму розумінні фізики є недоліки. Що я пропускаю?

SMBHs проживають у дні галактичних потенціалів, де переважають ореоли темної речовини галактик. Але хоча темна матерія домінує над гравітацією, зіткнення частинок газу та пилу в міжзоряному середовищі викликає достатнє тертя, щоб баріоновий компонент галактик сповільнився. Це призведе до уповільнення інших компонентів галактик через гравітаційне притягнення.

Більше того, незважаючи на те, що темна матерія (і, як правило, зірки і чорні діри, оскільки вони такі маленькі) без зіткнень, існує кілька способів "розслабитися", тобто розвинутися до рівноваги. В контексті злиття галактики найважливішим механізмом (я думаю) є "насильницьке розслаблення", коли швидка зміна гравітаційного потенціалу змушує частинки розслаблятися, наприклад, більш масивні частинки, як правило, передають більше енергії своїм легшим сусідам і так стають більш щільно пов'язаний, занурюючись до центру гравітаційного потенціалу.

Незважаючи на те, що SMBH є… ну, надмірно масивними, потенціал (як правило) буде домінувати над темною речовиною, газом та зірками, тому новий гравітаційний потенціал також змусить SMBH шукати до дна таким же чином і з часом зливатися.

Коротка відповідь - " динамічне тертя ": масивні предмети, що рухаються через поле менш масивних предметів, створюють "хвилю", яка відтягується на них, що призводить до втрати енергії. Оскільки СМБХ набагато масивніші, ніж зірки, молекули та атоми газу та частинки темної речовини (якими б вони не були), вони особливо схильні до цього. Чистий ефект полягає в тому, що SMBH втрачають енергію і осідають в центрі (комбінованої) системи.

Після того як вони утворюють двійковий, вони також можуть втрачати енергію через 3-х зустрічних тіл із зірками біля (комбінованого) центру галактики: зірка взаємодіє з бінарним СМБХ і отримує енергію (зазвичай викидається з ядра галактики), а двійковий втрачає енергію шляхом зменшення. Масивні еліптичні галактики часто мають зоряні "сердечники" низької щільності, які, як правило, вважаються реліктами одного або декількох раундів SMBH-бінарних злиття. Якщо в центрі галактики багато газу, вони також можуть двійкові також стискатись шляхом гравітаційних взаємодій з газом.