ทำไมเราถึงเชื่อว่าหลุมดำขนาดใหญ่พิเศษที่ศูนย์กลางของกาแลคซีที่รวมตัวกันสองแห่งนั้นจะรวมตัวเองด้วย?

เมื่อฟังพอดแคสต์หรือดูวิดีโอ youtube ของนักดาราศาสตร์เกี่ยวกับการควบรวมกาแล็กซี่ฉันมักจะพูดคุยเกี่ยวกับหลุมดำขนาดใหญ่พิเศษที่ศูนย์ของพวกเขาจะรวมตัวกันในระหว่างหรือหลังจากการปะทะกัน ทำไมเราถึงเชื่อว่าเรื่องนี้เป็นเช่นนั้น?

ก่อนหน้านี้ฉันคาดว่า SMBH จะทำตัวเหมือนกับวัตถุกาแลคซีอื่น ๆ ทั้งหมด พวกมันอาจมีมวลมหาศาลเป็นพิเศษ แต่ในทางกายภาพพวกมันยังมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับพื้นที่ว่างที่กว้างใหญ่ระหว่างดาวในกาแลคซี การชนกันระหว่างวัตถุ (ไม่นับเมฆก๊าซและฝุ่นขนาดมหึมา) จะหายากเป็นพิเศษดังนั้นทำไมเราถึงต้องทำการยกเว้นสำหรับ SMBH?

ฉันเห็นกรณีที่พวกเขารวมกันในอินสแตนซ์ (หายาก?) ซึ่งกาแลคซีโฮสต์นั้นชนซึ่งกันและกันในลักษณะที่จุดศูนย์กลางมวลรวมซึ่งกันและกันเกิดขึ้นตรงกับศูนย์กลางมวลของตน ในกรณีดังกล่าว SMBH อาจเข้ามาใกล้กันมากพอที่จะโคจรรอบกันและกันสูญเสียพลังงานไปกับคลื่นความโน้มถ่วงและรวมเข้าด้วยกันในที่สุด ฉันคิดว่าสถานการณ์นี้ค่อนข้างหายากอย่างไรก็ตาม ฉันพบว่ามีความเป็นไปได้มากกว่าที่การรวมกาแลคซีโดยเฉลี่ยจะปล่อยให้ SMBH อิสระโคจรรอบศูนย์กลางกาแลคซีรวมกันห่างกันมากเกินกว่าที่จะสูญเสียพลังงานจลน์ที่สำคัญไปยังคลื่นความโน้มถ่วง

นักดาราศาสตร์ที่พูดถึงการควบรวมของกาแลคซีรู้ดีกว่าเรื่องที่ฉันทำดังนั้นฉันจึงเข้าใจว่ามีข้อบกพร่องในสมมติฐานหรือความเข้าใจฟิสิกส์ของฉัน ฉันพลาดอะไรไป

SMBHs อาศัยอยู่ที่ก้นกาแลคซีซึ่งถูกครอบงำโดยสสารมืดของกาแลคซี แม้ว่าสสารมืดจะมีอิทธิพลต่อแรงโน้มถ่วง แต่การชนกันระหว่างก๊าซและอนุภาคฝุ่นในตัวกลางระหว่างดวงดาวนั้นทำให้เกิดแรงเสียดทานมากพอที่องค์ประกอบแบริออนของกาแลคซีจะชะลอตัวลง สิ่งนี้จะทำให้ส่วนประกอบอื่น ๆ ของกาแลคซีชะลอตัวลงเช่นกันผ่านแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง

ยิ่งไปกว่านั้นแม้ว่าสสารมืด (และในทางปฏิบัติดาวและหลุมดำเนื่องจากมันมีขนาดเล็กมาก) นั้นไม่มีการชนกันมี "วิธีผ่อนคลาย" หลายวิธีเช่นการพัฒนาไปสู่สภาวะสมดุล ในบริบทของการรวมกาแลคซีกลไกที่สำคัญที่สุด (ฉันคิดว่า) คือ "การผ่อนคลายอย่างรุนแรง" ซึ่งการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของความโน้มถ่วงทำให้อนุภาคผ่อนคลายตัวอย่างเช่นอนุภาคขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะถ่ายโอนพลังงานมากขึ้นไปยังเพื่อนบ้านที่เบากว่า ผูกพันแน่นขึ้นจมลงสู่ศูนย์กลางของศักยภาพแรงโน้มถ่วง

ถึงแม้ว่า SMBHs จะเป็น ... เอ่อมอมแมมศักยภาพ (โดยปกติ) จะถูกครอบงำโดยสสารมืดก๊าซและดวงดาวดังนั้นศักยภาพความโน้มถ่วงใหม่ก็จะทำให้ SMBHs หาจุดต่ำสุดในแบบเดียวกันและในที่สุดก็รวมเข้าด้วยกัน

คำตอบสั้น ๆ คือ " แรงเสียดทานเชิงพลวัต ": วัตถุขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ผ่านสนามที่มีวัตถุขนาดใหญ่น้อยกว่าสร้าง "การตื่น" ซึ่งดึงพวกมันกลับมาทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน เนื่องจาก SMBHs มีมวลมากกว่าดาวโมเลกุลและอะตอมของก๊าซและอนุภาคสสารมืด (ไม่ว่าพวกมันจะเป็นอะไร) พวกมันจึงมีแนวโน้มที่จะเป็นเช่นนี้โดยเฉพาะ ผลกระทบสุทธิสำหรับ SMBHs ที่จะสูญเสียพลังงานและตั้งอยู่ในศูนย์กลางของระบบ (รวม)

เมื่อพวกเขาก่อตัวเป็นไบนารีพวกเขายังสามารถสูญเสียพลังงานผ่านการเผชิญหน้า 3 ดวงกับดาวใกล้กับใจกลางกาแลคซี (รวมกัน): ดาวที่มีปฏิสัมพันธ์กับ SMBH ไบนารี่และได้รับพลังงาน โดยการหดตัว กาแลคซีทรงกลมขนาดใหญ่มักจะมี "แกนกลาง" ที่มีความหนาแน่นต่ำซึ่งมักจะถูกสันนิษฐานว่าเป็นพระธาตุหนึ่งรอบหรือมากกว่าของการควบรวม SMBH- ไบนารี หากมีก๊าซจำนวนมากในใจกลางกาแลคซีพวกมันก็ยังสามารถย่อตัวลงผ่านปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงกับก๊าซ