Чому не можуть зливатися надмасивні чорні діри? (чи можуть вони?)

У статті CNet Астрономи виявляють дві надмасивні чорні діри у спіралі смерті до відкриття бінарного квазара з близьким поділом у самому серці az ~ 0,2 злиття галактики та її наслідків для низькочастотних гравітаційних хвиль (доступний в ArXiv ) і говорить:

Надмасивні чорні діри зазвичай знаходяться в центрі галактик, включаючи нашу власну, і під час злиття галактики вони в кінцевому підсумку починають танець смерті, обертаючись навколо себе в майже нескінченному вальсі, до остаточного злиття. Однак в даний час дослідникам незрозуміло, який час потрібен для злиття чорних дір - або, якщо вони взагалі зливаються.

"Це велике збентеження для астрономії, що ми не знаємо, чи зливаються надмасивні чорні діри", - сказала Дженні Грін, професор астрофізичних наук у Прінстоні та співавтор дослідження. "Для всіх, хто перебуває у фізиці чорної діри, спостереження це давня головоломка, яку нам потрібно вирішити".

Ця головоломка називається "проблемою остаточного парсеку". Деякі астрономи вважають, що як тільки дві надмасивні чорні діри зблизяться досить близько, зменшуючи відстань до 1 парсек (3,2 світлових років), вони можуть танцювати цілу вічність.

Запитання: Якщо виявиться, що надмасивні чорні діри не можуть злитися або важко робити це, то які причини можуть бути?

Основна проблема - імпульс кута. Для того, щоб два гравітаційно пов’язані об’єкти злилися (будь то чорні діри, надмасивні чорні діри, планети, зірки тощо), вони повинні пролити достатній імпульс, щоб їх орбітальне відділення стало досить маленьким. Середнє орбітальне розділення (напівмайорна вісь) визначається цілком від кутового імпульсу орбіти (принаймні, в класичній механіці; я не знаю, чи це справедливо для релятивістських ситуацій, таких як злиття чорних дір, коли вони зближуються між собою). Видалення імпульсу кута вимагає взаємодії з іншими об’єктами.

Коли дві галактики зливаються, їх надмасивні чорні діри мають імпульсний кут. Через явище, відоме як "динамічне тертя", гравітаційні взаємодії з іншими зірками просідають чорні діри великої частини їхнього кутового імпульсу, доки вони не потраплять на відстань декількох парсексів. У цей момент чорні діри викинули всі зірки, що були в регіоні, і динамічному тертю, щоби скосити їхній кутовий імпульс, не залишилося (імовірно) нічого. Після того, як чорні діри будуть досить близькими (я не знаю, як ближче до кінця голови), випромінювання гравітаційних хвиль перетягне орбітальну пару, що залишився в них, і злиття стає неминучим.

Отже, щоб відповісти на ваше запитання , причиною того, що надмасивні чорні діри не зможуть злитися, полягає в тому, що вони занадто близько один до одного, щоб у центрі галактики знаходився будь-який інший матеріал (зірки, газ тощо), щоб видалити імпульс кута орбітальна пара, вже видаливши матеріал, але недостатньо близька для випромінювання гравітаційних хвиль, щоб зняти кутовий імпульс досить швидко, щоб їх злиття відбулося незабаром (в астрономічному сенсі).