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 har længe været antaget at sidde i centrum af næsten alle massive galakser. Men hvordan de binder sig til par under galaksefusioner forbliver et mysterium. Nu har forskere fra International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) brugt computersimuleringer til at vise, hvordan supermassive sorte huller bliver gravitationsbundet i tætte stjernemiljøer under de intense gasrige sammensmeltninger af gasrige galakser.

Når en galaksefusion sker mellem to gasrige galakser, bliver alle stjerner og gas i galakserne meget tæt pakket. Dette miljø tvinger alle supermassive sorte huller i galaksens centrum til at komme sammen.

"For første gang har vi vist, hvordan supermassive sorte huller kan binde sig hurtigt i gasrige galaksefusioner," siger hovedforfatter Dr. Michael Tremmel fra ICRAR.

"Vi fandt ud af, at stjernemiljøerne i gasrige galakser tillader supermassive sorte huller at komme tæt på hinanden, og på samme tid fjerner gassen i disse miljøer nok energi til at tillade de supermassive sorte huller at binde."

Bindende mekanismer for supermassive sorte huller i større fusioner er traditionelt faldet i to kategorier:'voldelig afspænding' og 'dynamisk friktion'.

"Voldsom afslapning beskriver et scenarie, hvor et binært supermassivt sort hul er i en kold stjernespids, som voldsomt ryster de centrale sorte huller for at binde," siger medforfatter Dr. Duncan Forgan fra ICRAR.

"Men vi fandt ud af, at selv for meget massive galakser med meget tætte centrale stjernemiljøer er afslapningstiderne for lange, hvor stjernemiljøet ødelægger det indledende binære supermassive sorte hul-system, før binding finder sted."

Den anden mekanisme er dynamisk friktion. Dette beskriver den langsomme overførsel af energi og momentum fra et centralt supermassivt sort hul til de omgivende stjerner.

"Dynamisk friktion er kun effektiv, hvis det centrale supermassive sorte hul er omgivet af en kompakt stjernehob," siger Dr. Tremmel.

"Da mange galakser har centrale supermassive sorte huller, som ikke er indlejret i kompakte stjernehobe, indså vi, at vi var nødt til at finde ud af, om der var en anden måde for supermassive sorte huller at smelte sammen hurtigt."

Til deres simuleringer brugte forskerne N-kropskoden GAEA, som er særligt velegnet til modellering af gasrige galaksefusioner.

"Mens tidligere arbejde var begrænset af beregningsmæssig opløsning og dermed kun delvist kunne løse disse tætte stjernemiljøer, bruger vi en ny zoom-in-teknik, der giver os mulighed for at løse disse områder med hidtil usete detaljer," siger medforfatter professor Lucio Mayer, også fra ICRAR.

"Vi fandt ud af, at gasrige galaksefusioner meget hurtigt kan producere ekstremt tætte stjernemiljøer omkring de fusionerende supermassive sorte huller, og dette tætte miljø kan hurtigt dræne energien fra det binære system, hvilket får de supermassive sorte huller til at binde sig inden for omkring 100 millioner år."

Denne forskning blev offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters.