Dyski czarnej dziury mogą ukrywać się w centrach galaktyk

Anonim

Jądra galaktyczne roją się od czarnych dziur. Na początku tego roku w centrum Drogi Mlecznej odkryto 12 plików binarnych, które sugerowały, że tysiące czarnych dziur może ukrywać się w tym regionie. Ostatnie badania pokazują, że te gwiezdne czarne dziury powinny krążyć wokół dysku wokół supermasywnej czarnej dziury.

Obserwacje pokazują, że centra większości galaktyk zawierają supermasywną czarną dziurę. Ogromna grawitacja tych obiektów działa, aby zebrać gęstą populację milionów gwiazd i kilka tysięcy gwiezdnych masowych czarnych dziur w ciągu kilku lat świetlnych. Astrofizycy symulowali interakcje gwiazdowych orbit w tych regionach i odkryli, że czarne dziury osiadają w wcześniej nieoczekiwanych strukturach. Wyniki pokazują, że masywniejsze obiekty gwiezdnej populacji tworzą grubą strukturę dyskową wokół supermasywnej czarnej dziury w jądrach galaktycznych.

"Wcześniej sądzono, że orbity zarówno jasnych, jak i masywnych obiektów gwiezdnych są rozmieszczone izotropowo wokół supermasywnej czarnej dziury. Teraz rozumiemy, że masywne gwiazdy i czarne dziury zazwyczaj segregują się na dysku" - powiedział Ákos Szölgyén z Uniwersytetu Eötvös na Węgrzech, który przeprowadził badanie, które zostało opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters.

Szölgyén i jego doktorat doradca Bence Kocsis z Uniwersytetu Eötvös na Węgrzech wprowadził ważny dodatkowy efekt w ich symulacji, a mianowicie relaksację rezonansu wektorowego. Ten efekt reprezentuje niewielki składnik grawitacyjnego momentu obrotowego wśród obiektów orbitujących, który gromadzi się przez miliony lat i staje się dominujący w długich ramach czasowych. W konsekwencji orbitalne płaszczyzny obiektów wokół supermasywnej czarnej dziury obracają się powoli.

"W przeciwieństwie do roju pszczół wokół ula, gwiazdy latają w galaktycznym centrum w bardziej uporządkowany sposób: wzdłuż istniejących trajektorii eliptycznych, z których każda ogranicza się do płaszczyzny, a interakcje między takimi planarnymi orbitami powoli zmieniają swoje orientacje na przestrzeni milionów lat - wyjaśnił Bence Kocsis.

Naukowcy symulowali interakcje gwiazdowych orbit w jądrowych gromadach gwiazd w historii kosmosu od czasu ich powstania.

"Zgodnie z naszą obecną wiedzą, gromady gwiazd jądrowych mogą tworzyć się na dwa różne sposoby: pierwszy sugeruje, że gaz wleciał w środek Galaktyki i utworzył gwiazdy in situ wokół supermasywnej czarnej dziury, a drugi model zakłada, że ​​starożytne gromady kuliste spiralnie centrum galaktyczne, w którym siły pływowe supermasywnej czarnej dziury rozerwały je i zaludniły region centralny swoją zawartością gwiazdową, jest prawdopodobne, że oba procesy były równie ważne w tworzeniu jądrowej gromady gwiazd "- powiedział Ákos Szölgyén.

W obu modelach początkowe orbity gwiazdowe tworzyły dyski wokół środkowej supermasywnej czarnej dziury. Orientacja tych tarcz jest ustalana przez kierunek, z którego zbliżają się do środka gaz lub gromady kuliste. Z czasem te dyski gwiazd grawitacyjnie wchodzą w interakcje i wcześniejsze założenie było takie, że ostatecznie się rozpadły. Jednak bardziej masywne gwiazdy, które ostatecznie zamieniają się w czarne dziury, opadają na niższe orbity nachylenia w dysku, podobnie jak bardziej masywne cząstki opadają na dno pojemnika. Fizycy odkryli to zjawisko w symulacjach i odkryli, że dyski masywnych obiektów mogą być długowieczne.

"Podczas gdy system gwiezdny ewoluuje, aby zapełnić dostępny obszar przestrzeni jako gaz w pojemniku, niektóre jego składniki, tj. Masywne obiekty, nie mogą osiągnąć najbardziej nieuporządkowanego rozkładu sferycznego. Grawitacyjna interakcja między nimi powoduje osadzanie się tych obiektów w stan niższej entropii "- wyjaśnia Bence Kocsis. "Jest to bardzo podobne do procesu spontanicznego łamania symetrii znanego z fizyki cząstek elementarnych i fizyki materii skondensowanej."

Zbadali również, co dzieje się z obiektami gwiazd świetlnych i pośrednich w tym regionie. Podczas gdy orbity obiektów o pośredniej masie, takich jak gwiazdy typu B, wykazywały niewielką ilość anizotropii, obliczenia wykazały, że obiekty świetlne, takie jak stare główne gwiazdy sekwencji, takie jak Słońce, gwiazdy neutronowe i białe karły, zachowują się fundamentalnie inaczej. Świetlne obiekty gwiazdowe osiągnęły sferyczny rozkład w jądrze galaktycznym w symulacji. Wyniki te są spójne z obserwacjami centrum Drogi Mlecznej w pobliżu centralnej supermasywnej czarnej dziury z sferyczną populacją starych gwiazd o niskiej masie, anizotropowego rozkładu gwiazd B i wypaczonego dysku młodych masywnych gwiazd.

Chociaż w Centrum Galaktyki jest tylko tuzin znanych kandydatur na czarną dziurę, naukowcy wywnioskowali, że czarne dziury, które są zazwyczaj masywniejsze niż gwiazdy, ukrywają się w dysku masywnych gwiazd.

Odkrycie może mieć ważne implikacje dla zrozumienia dynamiki gwiazdowej jąder galaktycznych, ewolucji galaktyk i pochodzenia fal grawitacyjnych.

"Jeśli tysiące czarnych dziur znajduje się na dysku wokół centralnej supermasywnej czarnej dziury, mogą one zbiorczo wypaczać i przebijać chmury gazów otoczenia w aktywnych jądrach galaktyk, z których obserwuje się wysoce energetyczne odpływy, które mogą zasadniczo wpływać na strukturę na dużą skalę galaktyka hosta oddalona o tysiące lat świetlnych - powiedział Bence Kocsis. "Ale najbardziej ekscytującym pytaniem jest to, czy przewidywany rozkład dysków z czarnymi dziurami może tłumaczyć wysoki wskaźnik fuzji obserwowanych w falach grawitacyjnych przez LIGO i Virgo."

menu
menu