ทำไมหลุมดำมวลยวดยิ่งไม่สามารถรวมกันได้ (หรือพวกเขาสามารถ?)

CNet บทความนักดาราศาสตร์ค้นพบสองหลุมดำมวลมหาศาลในการตายของเกลียวเชื่อมโยงไปยังการค้นพบใกล้แยกไบนารี Quasar ที่หัวใจของ az ~ 0.2 ผสานกาแล็กซี่และผลกระทบของมันสำหรับความถี่ต่ำคลื่นความโน้มถ่วง (ใช้ได้ในarXiv ) และพูดว่า:

หลุมดำมวลมหาศาลนั้นมักจะพบที่ใจกลางกาแลคซีรวมถึงของเราเองและในช่วงการรวมตัวของกาแล็กซี่พวกมันก็จะเริ่มต้นเต้นรำแห่งความตายหมุนรอบกันและกันด้วยวัลซ์อันไม่มีที่สิ้นสุด อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนักวิจัยยังไม่ชัดเจนว่าจะใช้เวลานานเท่าไรในการที่หลุมดำจะรวมเข้าด้วยกัน - หรือถ้าพวกมันรวมกัน

“ มันเป็นความอับอายที่สำคัญสำหรับดาราศาสตร์ที่เราไม่ทราบว่ามีหลุมดำมวลมหาศาลรวมอยู่ด้วยหรือไม่” เจนนี่กรีนศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์ที่พรินซ์ตันและผู้ร่วมเขียนการศึกษากล่าว "สำหรับทุกคนในฟิสิกส์หลุมดำที่สังเกตได้นี่เป็นปริศนาอันยาวนานที่เราต้องแก้"

ปริศนานี้ถูกขนานนามว่า "ปัญหาพาร์เซกขั้นสุดท้าย" นักดาราศาสตร์บางคนเชื่อว่าเมื่อหลุมดำมวลมหาศาลสองดวงเข้ามาใกล้กันมากพอที่จะลดระยะทางลงเป็น 1 พาร์เซก (3.2 ปีแสง) พวกเขาอาจเต้นเพื่อชั่วนิรันดร์

คำถาม:หากปรากฎว่าหลุมดำมวลมหาศาลไม่สามารถรวมกันหรือมีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการทำเช่นนั้นเหตุผลอาจเป็นเช่นไร

ปัญหาหลักคือโมเมนตัมเชิงมุม เพื่อให้วัตถุที่ถูกผูกไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงสองชิ้นรวมกัน (ไม่ว่าจะเป็นหลุมดำหลุมดำมวลมหาศาลดาวเคราะห์ดาวฤกษ์ ฯลฯ ) พวกมันจะต้องกำจัดโมเมนตัมเชิงมุมให้เพียงพอเพื่อให้การแยกวงโคจรของพวกมันมีขนาดเล็กพอ ค่าเฉลี่ยการแยกวงโคจร (แกนกึ่งหลัก) ถูกกำหนดทั้งหมดจากโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (อย่างน้อยในกลศาสตร์คลาสสิกฉันไม่รู้ว่ามันเป็นจริงสำหรับสถานการณ์เชิงสัมพัทธภาพเช่นการรวมหลุมดำเมื่อเข้าใกล้กัน) การกำจัดโมเมนตัมเชิงมุมต้องการการโต้ตอบกับวัตถุอื่น

เมื่อกาแลคซีสองแห่งรวมกันหลุมดำมวลมหาศาลของพวกมันทั้งคู่มีโมเมนตัมเชิงมุม จากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "แรงเสียดทานเชิงพลวัต" ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงกับดาวฤกษ์อื่นดูดหลุมดำของโมเมนตัมเชิงมุมของพวกมันจนกระทั่งพวกมันถูกนำมาภายในพาร์เซกไม่กี่ตัว เมื่อมาถึงจุดนี้หลุมดำได้แผ่ออกไปดาวฤกษ์ทั้งหมดที่อยู่ในภูมิภาคและไม่มีสิ่งใดเหลือ (ที่น่าจะเป็นเพราะแรงเสียดทานทางพลวัตเพื่อดูดโมเมนตัมเชิงมุมของพวกมัน เมื่อหลุมดำอยู่ใกล้พอ (ฉันไม่รู้ว่าส่วนหัวของฉันอยู่ใกล้แค่ไหน) การปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงจะทำให้คู่โมเมนตัมเชิงมุมที่เหลืออยู่โคจรรอบตัวและการควบรวมกิจการจะกลายเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ดังนั้นเพื่อตอบคำถามของคุณเหตุผลที่หลุมดำมวลยวดยิ่งไม่สามารถผสานได้นั้นอยู่ใกล้กันมากเกินไปเนื่องจากมีวัสดุเหลืออยู่ (ดาวแก๊ส ฯลฯ ) ในใจกลางกาแลคซีเพื่อกำจัดโมเมนตัมเชิงมุมออกจาก วงโคจรคู่นั้นได้ทำการเคลื่อนย้ายวัตถุออกไปแล้ว แต่ยังไม่ใกล้พอที่จะปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงเพื่อกำจัดโมเมนตัมเชิงมุมเร็วพอที่การควบรวมจะเกิดขึ้นได้ทุกเวลาในไม่ช้า (ในแง่ของดาราศาสตร์)