为什么超大质量黑洞不能合并?(或者可以吗?)


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CNET的文章天文学家发现一个死亡螺旋两个超大黑洞链接到一个关闭分离二元类星体的发现在AZ〜0.2合并星系及其启示低频引力波的心(可用的arXiv)说:

通常在包括我们自己在内的星系的中心都存在超大质量的黑洞,并且在星系合并期间,它们最终开始跳起死亡之舞,以近乎无尽的华尔兹互相旋转,直到最终合并。但是,研究人员目前尚不清楚黑洞合并所需的时间,或者实际上是否完全合并。

普林斯顿大学天体物理科学教授,该研究的合著者詹妮·格林说:“这是天文学的一个重大尴尬,我们不知道超大质量黑洞是否会合并。” “对于黑洞物理学中的每个人来说,观察到这都是我们需要解决的长期难题。”

这个难题被称为“最终差距问题”。一些天文学家认为,一旦两个超大质量黑洞距离足够近,将它们的距离减小到1秒差距(3.2光年),它们就会舞动一辈子。

问题:如果事实证明超大质量黑洞无法合并或很难合并,可能是什么原因?

Answers:


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主要问题是角动量。为了使两个受重力约束的对象合并(黑洞,超大质量黑洞,行星,恒星等),它们必须释放出足够的角动量,以使它们的轨道间隔变得足够小。平均轨道间隔(半长轴)完全由轨道的角动量决定(至少在经典力学中;我不知道相对论情况是否正确,例如黑洞靠近时合并黑洞)。角动量的去除需要与其他物体的相互作用。

当两个星系合并时,它们的超大质量黑洞都具有角动量。通过一种被称为“动态摩擦”的现象,与其他恒星的引力相互作用会使许多黑角动量变黑,直到它们彼此之间相隔几分秒的距离。此时,黑洞已经抛出该区域的所有恒星,并且(大概)没有留下任何动摩擦来削弱其角动量。一旦黑洞足够靠近(我不知道离我的头顶有多近),引力波的发射将削弱其剩余角动量在轨运行的对,并且合并将不可避免。

因此,要回答您的问题,超大质量黑洞无法合并的原因是,它们太靠近了,以至于在星系中心没有任何剩余的物质(恒星,气体等)来消除角动量。轨道对,已经本身除去了物质,但距离不够近,不足以发出引力波以足够快的速度消除角动量,因此它们的合并很快就会发生(从天文学意义上来说)。


这是一个很好的答案!我从中学到了很多不同的东西,很好。
uhoh

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1rs/rrsr

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有点古怪,有两个工作过程:1.动态摩擦,是各个BH与附近恒星(和暗物质)总体的平均相互作用,并且在小到一个几百秒的差距...
Peter Erwin

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... and 2.双星BH与单个恒星之间的引力三体相互作用,这是使恒星从内部区域“飞出”的方式。对于少于几百个pc的BH分离,这是主要的。如果在中心没有足够的恒星供双星相互作用,则它可能无法将其轨道缩小到小于一分秒左右的距离,即“最终的分秒”问题。
彼得·欧文

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我想尝试将它们与功能完善的较小黑洞链合并以形成桥梁。
约书亚
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