Mengapa lubang hitam supermasif tidak bisa bergabung? (atau bisakah mereka?)

Artikel CNet Para astronom menemukan dua lubang hitam supermasif dalam spiral death link ke Penemuan Basar Quasar Binary di Jantung dari az ~ 0,2 Galaksi Penggabungan dan Implikasinya untuk Gelombang Gravitasi Frekuensi Rendah (tersedia di ArXiv ) dan mengatakan:

Lubang hitam supermasif biasanya ditemukan di pusat galaksi, termasuk galaksi kita, dan selama penggabungan galaksi mereka akhirnya memulai tarian kematian, berputar satu sama lain dalam waltz yang hampir tiada akhir, sampai akhirnya bergabung. Namun, para peneliti saat ini tidak jelas mengenai waktu yang dibutuhkan untuk lubang hitam untuk bergabung - atau memang, jika mereka bergabung sama sekali.

"Sangat memalukan bagi astronomi bahwa kita tidak tahu apakah lubang hitam supermasif bergabung," kata Jenny Greene, seorang profesor ilmu astrofisika di Princeton dan rekan penulis penelitian. "Untuk semua orang dalam fisika lubang hitam, secara pengamatan ini adalah teka-teki lama yang harus kita pecahkan."

Teka-teki ini dijuluki "masalah parsec akhir." Beberapa astronom percaya bahwa begitu dua lubang hitam supermasif saling berdekatan, mengurangi jaraknya menjadi 1 parsec (3,2 tahun cahaya), mereka dapat menari untuk selamanya.

Pertanyaan: Jika ternyata lubang hitam supermasif tidak dapat bergabung, atau mengalami kesulitan melakukannya, apa alasannya?

Masalah utama adalah momentum sudut. Agar dua objek yang terikat secara gravitasi bergabung (apakah lubang hitam, lubang hitam supermasif, planet, bintang, dll.), Mereka harus melepaskan momentum sudut yang cukup agar pemisahan orbitalnya menjadi cukup kecil. Pemisahan orbital rata-rata (sumbu semi-mayor) sepenuhnya ditentukan dari momentum sudut orbit (setidaknya dalam mekanika klasik; saya tidak tahu apakah itu benar untuk situasi relativistik seperti menggabungkan lubang hitam ketika mereka berdekatan). Penghapusan momentum sudut membutuhkan interaksi dengan objek lain.

Ketika dua galaksi bergabung, lubang hitam supermasif keduanya memiliki momentum sudut. Melalui fenomena yang dikenal sebagai "gesekan dinamis," interaksi gravitasi dengan bintang-bintang lain menguras lubang hitam dari banyak momentum sudutnya, sampai mereka dibawa dalam beberapa parsec atau lebih dari satu sama lain. Pada titik ini, lubang hitam telah memuntahkan semua bintang yang ada di wilayah tersebut dan (mungkin) tidak ada yang tersisa untuk gesekan dinamis untuk menggerogoti momentum sudut mereka. Setelah lubang hitam cukup dekat (saya tidak tahu seberapa dekat dari kepala saya), emisi gelombang gravitasi akan menggetarkan pasangan momentum sudut yang tersisa dan penggabungan menjadi tidak terhindarkan.

Jadi untuk menjawab pertanyaan Anda , alasan lubang hitam supermasif tidak dapat bergabung adalah karena mereka terlalu berdekatan sehingga tidak ada material yang tersisa (bintang, gas, dll.) Di pusat galaksi untuk menghilangkan momentum sudut dari pasangan yang mengorbit, setelah memindahkan materialnya sendiri, tetapi tidak cukup dekat untuk memancarkan gelombang gravitasi untuk menghilangkan momentum sudut cukup cepat untuk penggabungan mereka terjadi dalam waktu dekat (dalam pengertian astronomi).