|
На дисках квазара могут происходить столкновения черных дыр
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное после открытия гравитационных волн, проливает свет на среду, которая может привести к событиям слияния черных дыр. Работа представлена на этой неделе на Национальном астрономическом собрании 2023 года доктором философии. студент Оксфордского университета Коннар Роуэн. Первые гравитационные волны, предсказанные Альбертом Эйнштейном в 1916 году, были обнаружены с Земли в 2015 году. Однако определение их происхождения в космосе остается открытым вопросом. Чтобы быть обнаруженными на таких огромных расстояниях, гравитационные волны, которые мы наблюдаем, могут исходить только от пар больших, очень плотных объектов, находящихся в непосредственной близости друг от друга, таких как черные дыры или двойные нейтронные звезды.
|
|
|
|
К настоящему времени было зафиксировано более 90 таких обнаружений, хотя первичная астрофизическая среда, которая позволяет этим объектам приближаться достаточно близко, чтобы излучать гравитационные волны, остается загадкой. Одной из возможных сред, в которых черные дыры могут часто сливаться, являются квазары. Квазар — мощное активное галактическое ядро, питаемое сверхмассивной черной дырой. Плотный диск газа вращается вокруг сверхмассивной черной дыры со скоростью, близкой к скорости света, что приводит к чрезвычайно яркому излучению. Взаимодействие черных дыр звездной массы с газовым диском сверхмассивной черной дыры очень сложно и требует сложного компьютерного моделирования для понимания. В новом исследовании группа астрономов из Оксфордского и Колумбийского университетов изучила поведение таких встроенных в диск черных дыр звездной массы. В работе предполагается, что черные дыры звездной массы могут быть втянуты в плотные газовые диски квазаров и вытеснены в двойные системы за счет гравитационных взаимодействий друг с другом и газом в дисках.
|
|
|
Команда выполнила моделирование с высоким разрешением газового диска квазара, содержащего две черные дыры звездной массы. Цель моделирования — увидеть, захватываются ли черные дыры в гравитационно связанную бинарную систему и, возможно, сливаются позже в газовом диске. В этих симуляциях используется 25 миллионов частиц газа для имитации сложных газовых потоков во время столкновения, что требует вычислительного времени около трех месяцев для каждой симуляции. Моделирование показывает, что газ снижает скорость черных дыр во время столкновения, поэтому черные дыры, которые обычно просто разлетелись бы, остаются связанными гравитацией, пойманными в ловушку на орбите друг вокруг друга, в то время как они обе, в свою очередь, вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры. Это происходит из-за сочетания гравитационного притяжения между ними и массивных газовых потоков в диске и отдельных «мини-дисках» вокруг отдельных черных дыр.
|
|
|
|
Кроме того, прямое сопротивление газа, аналогичное сопротивлению воздуха, также играет роль, когда газ, «съеденный» черными дырами на своем пути, заставляет их замедляться. В ответ на поглощение кинетической энергии черной дыры за счет гравитационного взаимодействия газ резко выбрасывается сразу после столкновения. Этот результат наблюдается в большинстве симуляций и подтверждает прежние ожидания, что газ значительно облегчает захват черных дыр в связанные пары. Также было обнаружено, что направление орбиты черных дыр влияет на их эволюцию. В половине ретроградных двойных систем — двойных системах, в которых черные дыры вращаются друг вокруг друга в направлении, противоположном их орбите вокруг сверхмассивной черной дыры, — черные дыры могут подойти достаточно близко, чтобы произвести значительные гравитационные волны и очень быстро рассеять свою орбитальную энергию через эти волны.
|
|
|
|
Руководитель исследования Роуэн говорит: «Эти симуляции решают два основных вопроса: может ли газ катализировать образование двойных черных дыр, и если да, то могут ли они в конечном итоге стать еще ближе и слиться? Чтобы этот процесс объяснил происхождение наблюдаемых сигналов гравитационных волн, нужны оба ответа. быть да». «Эти результаты невероятно интересны, поскольку они подтверждают, что слияние черных дыр в сверхмассивных дисках черных дыр может происходить, и, возможно, объясняют многие или, возможно, большинство сигналов гравитационных волн, которые мы наблюдаем сегодня», — сказал профессор Бенс Кочиш, соавтор исследовательской работы. «Если значительная часть наблюдаемых событий сегодня или в будущем вызвана этим явлением, мы должны увидеть прямую связь между квазарами и источниками гравитационных волн в небе», — добавляет профессор Золтан Хайман из Колумбийского университета, еще один соавтор исследовательской работы.
|
|
|
|
Источник
|
