Forskere afslører, hvordan supermassive sorte huller binder sig til par under galaksefusioner

En kunstners indtryk af to supermassive sorte huller på randen af ​​at smelte sammen. Supermassive sorte huller, de største sorte huller i universet, menes at ligge i centrum af de fleste galakser. Når galakser smelter sammen, forventes deres supermassive sorte huller også at smelte sammen, en proces, der sandsynligvis driver mange af de lyse begivenheder observeret i det fjerne univers. Kredit:NASA/CXC/M.Weiss

Supermassive sorte huller, de største sorte huller i universet, menes at ligge i centrum af de fleste galakser. Når galakser kolliderer, bringes deres centrale sorte huller også sammen, og til sidst sætter de sig i et binært par. Når disse binære sorte huller spiraler mod hinanden, udsender de kraftige gravitationsbølger, krusninger i rumtidens krumning. I 2015 opdagede Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) de første gravitationsbølger fra et sammensmeltende binært sort hul-par.

Hvor præcist supermassive sorte huller danner par under galaksefusioner, har indtil nu været dårligt forstået. Et team af forskere fra Center for Computational Astrophysics (CCA) ved Flatiron Institute i New York City udførte numeriske simuleringer for at undersøge dette problem. Resultaterne, der er offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters, viser, hvordan supermassive sorte huller bliver bundet til tyngdekraften under de kaotiske eftervirkninger af en galaktisk kollision.

Forskerne brugte en teknik kaldet Smoothed Particle Hydrodynamics til at følge de komplekse bevægelser af gassen og stjernerne, der udgør galakser, under en kollision. De fandt ud af, at efter at to diskgalakser smelter sammen, danner deres supermassive sorte huller et binært par, selv når de sorte huller startede relativt langt fra hinanden. Dette sker, fordi stjernerne og gassen i galakserne fungerer som en slags lim, der holder de sorte huller sammen gennem deres gravitationsinteraktioner.

"Vores simuleringer viser, hvordan supermassive sorte huller danner bundne par under galaksefusioner, hvilket er et nødvendigt skridt for, at de til sidst kan smelte sammen og udsende gravitationsbølger. LIGO-observationerne af gravitationsbølger fra sammensmeltende sorte huller giver således indirekte indsigt i dynamikken i galaksefusioner,” sagde Volker Springel, et CCA-medlem og professor i astrofysik ved Heidelberg Institute for Theoretical Studies.

Simuleringerne viser, at galakser med flere stjerner og gas er i stand til at binde deres supermassive sorte huller til tættere binære par end galakser, der er mindre tætte. Egenskaberne for de binære sorte huller, der produceres i disse simuleringer, er i overensstemmelse med observationerne af binære sorte huller, som er lavet af LIGO.

Denne forskning giver vigtig indsigt i fysikken i galaksefusioner. Disse indsigter vil være afgørende for at detektere og fortolke fremtidige gravitationsbølgesignaler fra sammensmeltede sorte huller og for at forstå galaksernes udvikling over tid.