Warum können supermassive Schwarze Löcher nicht verschmelzen? (oder können sie?)

Der CNet-Artikel Astronomen entdecken zwei supermassereiche Schwarze Löcher in einer Todesspirale, die mit der Entdeckung eines binären Quasars mit enger Trennung im Herzen einer 0,2-fachen Verschmelzungsgalaxie und deren Auswirkungen auf niederfrequente Gravitationswellen (verfügbar in ArXiv ) zusammenhängen.

Supermassive Schwarze Löcher befinden sich normalerweise im Zentrum von Galaxien, einschließlich unserer eigenen, und während einer Galaxienfusion beginnen sie einen Totentanz, der sich in einem nahezu endlosen Walzer umeinander dreht, bis sie schließlich verschmelzen. Derzeit ist den Forschern jedoch nicht klar, wie lange es dauert, bis Schwarze Löcher fusionieren - oder sogar, wenn sie überhaupt fusionieren.

"Es ist eine große Verlegenheit für die Astronomie, dass wir nicht wissen, ob supermassereiche Schwarze Löcher verschmelzen", sagte Jenny Greene, Professorin für Astrophysik in Princeton und Mitautorin der Studie. "Für alle, die sich mit der Physik des Schwarzen Lochs beschäftigen, ist dies ein langjähriges Rätsel, das wir lösen müssen."

Dieses Rätsel wird als "Final-Parsec-Problem" bezeichnet. Einige Astronomen glauben, dass, sobald zwei supermassereiche Schwarze Löcher nahe genug zusammenkommen und ihre Distanz auf 1 Parsec (3,2 Lichtjahre) reduzieren, sie für eine Ewigkeit tanzen könnten.

Frage: Wenn sich herausstellt, dass supermassereiche Schwarze Löcher nicht verschmelzen können oder es schwierig ist, dies zu tun, woran könnten die Gründe liegen?

Das Hauptproblem ist der Drehimpuls. Damit zwei durch die Gravitation gebundene Objekte (Schwarze Löcher, supermassereiche Schwarze Löcher, Planeten, Sterne usw.) miteinander verschmelzen können, müssen sie genügend Drehimpuls abgeben, damit ihre Orbitaltrennung klein genug wird. Der durchschnittliche Orbitabstand (Semi-Major-Achse) wird vollständig vom Drehimpuls der Umlaufbahn bestimmt (zumindest in der klassischen Mechanik; ich weiß nicht, ob dies für relativistische Situationen wie das Zusammenführen von Schwarzen Löchern gilt, wenn sie nahe beieinander liegen). Das Entfernen des Drehimpulses erfordert Wechselwirkungen mit anderen Objekten.

Wenn zwei Galaxien verschmelzen, haben beide supermassereiche Schwarze Löcher Drehimpuls. Durch ein Phänomen, das als "dynamische Reibung" bekannt ist, zerstören Gravitationswechselwirkungen mit anderen Sternen die schwarzen Löcher eines Großteils ihres Drehimpulses, bis sie in ein paar Parsec oder so voneinander gebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt haben die Schwarzen Löcher alle Sterne in der Region herausgeschleudert, und es ist (vermutlich) nichts mehr für dynamische Reibung übrig, um ihren Drehimpuls zu beeinträchtigen. Sobald die Schwarzen Löcher nah genug sind (ich weiß nicht genau, wie nah sie sind), wird die Emission von Gravitationswellen das umlaufende Paar ihres verbleibenden Drehimpulses zerstören und eine Fusion wird unvermeidlich.

Also, um deine Frage zu beantworten , besteht der Grund dafür, dass supermassereiche Schwarze Löcher nicht miteinander verschmelzen können, darin, dass sie zu nahe beieinander liegen, als dass sich im Zentrum der Galaxie noch Material (Sterne, Gas usw.) befindet, von dem der Drehimpuls entfernt werden kann Das umlaufende Paar hat das Material bereits selbst entfernt, ist jedoch nicht nahe genug, um Gravitationswellen auszusenden, um den Drehimpuls so schnell zu entfernen, dass ihre Verschmelzung (im astronomischen Sinne) bald erfolgen kann.