Sorte hul-skiver gemmer sig muligvis i centrum af galakser

Galaktiske kerner vrimler med sorte huller. Tidligere i år, 12 røntgenbinarier blev opdaget i Mælkevejens centrum, hvilket antydede, at tusinder af sorte huller kan gemme sig i den region. En nylig undersøgelse viser, at disse stjerners sorte huller forventes at gå i kredsløb i en disk omkring det centrale supermassive sorte hul.

Observationer viser, at centrene for de fleste galakser har et supermassivt sort hul. Den enorme tyngdekraft af disse objekter samler en tæt befolkning på millioner af stjerner og flere tusinder af stjernemasse sorte huller inden for få lysår. Astrofysikere simulerede interaktionen mellem stjernebaner i disse regioner og fandt ud af, at de sorte huller bosætter sig i tidligere uventede strukturer. Resultaterne viser, at de mere massive objekter i stjernepopulationen danner en tyk skivestruktur omkring det supermassive sorte hul i galaktiske kerner.

"Tidligere troede man, at banerne for både lette og massive stjernemateriale er fordelt isotropisk omkring det supermassive sorte hul. Vi forstår nu, at massive stjerner og sorte huller typisk adskiller sig til en disk, "sagde Ákos Szölgyén fra Eötvös University, Ungarn, der ledede undersøgelsen, der er blevet offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Szölgyén og hans ph.d. rådgiver Bence Kocsis ved Eötvös University, Ungarn, indarbejdet en vigtig yderligere effekt i deres simulering, nemlig vektorresonant afslapning. Denne effekt repræsenterer en lille komponent af tyngdekraften blandt de kredsende objekter, der akkumuleres over millioner af år og bliver dominerende over lange tidsskalaer. Som en konsekvens drejer objektets kredsløbsplaner omkring det supermassive sorte hul langsomt.

"I modsætning til en sværm af bier omkring en bikube, stjerner flyver rundt i det galaktiske centrum på en mere ordnet måde:langs forudgående elliptiske baner, hver begrænset til et fly, henholdsvis. Interaktionerne mellem sådanne plane baner blander langsomt deres orienteringer over millioner af år, "forklarede Bence Kocsis.

Forskere simulerede interaktionerne mellem stjernekredsløb i nukleare stjerneklynger gennem kosmisk historie siden deres dannelse.

"Ifølge vores nuværende viden, nukleare stjernehobe kan dannes på to forskellige måder. Den første tyder på, at gas fløj ind i centrum af galaksen og dannede stjerner in situ omkring det supermassive sorte hul. Den anden model antager, at gamle kuglehobe kørte ind i det galaktiske centrum, hvor tidevandet i det supermassive sorte hul rev dem fra hinanden og befolket det centrale område med deres stjernernes indhold. Det er sandsynligt, at begge processer var lige vigtige i dannelsen af ​​atomstjerneklyngen, "sagde Ákos Szölgyén.

I begge modeller, de indledende stjernebaner dannede skiver omkring det centrale supermassive sorte hul. Orienteringen af ​​disse diske er bestemt af den retning, hvorfra gassen eller de faldende kuglehobe nærmer sig midten. Med tiden interagerer disse stjerneskiver gravitationsmæssigt, og den tidligere antagelse var, at de i sidste ende opløses. Men de mere massive stjerner, som i sidste ende bliver til sorte huller, synke til lavere hældningsbaner i disken svarende til, hvordan de mere massive partikler synker til bunden af ​​en beholder. Fysikerne opdagede dette fænomen i simuleringerne og fandt ud af, at diske med massive genstande kan have lang levetid.

"Mens stjernesystemet udvikler sig for at fylde det tilgængelige område af rummet op som en gas i en beholder, nogle af dets bestanddele, dvs. de massive genstande, ikke kan nå den mest uordnede sfæriske fordeling. Gravitationsinteraktionen mellem dem får disse objekter til at sætte sig i en tilstand af lavere entropi, "forklarede Bence Kocsis." Dette ligner meget processen med spontan symmetribrud kendt i partikelfysik og i kondenseret fysik. "

De undersøgte også, hvad der sker med stjerneobjekterne med lys og mellemmasse i denne region. Mens kredsløb af mellemmasseobjekter, ligesom B-type stjerner, viste en lille mængde anisotropi, beregningerne viste, at de lette objekter, såsom gamle hovedsekvensstjerner som Solen, neutronstjerner, og hvide dværge opfører sig fundamentalt anderledes. De lette stjerneobjekter nåede en sfærisk fordeling i den galaktiske kerne i simuleringen. Disse resultater stemmer overens med observationerne af Mælkevejens centrum i nærheden af ​​det centrale supermassive sorte hul med en sfærisk befolkning af gamle lavmassestjerner, en anisotrop fordeling af B-stjerner, og en skæv disk af unge massive stjerner.

Selvom der kun er et dusin kendte sorte hul-kandidater i Galactic Center, forskerne konkluderer, at de sorte huller, som typisk er mere massive end stjerner gemmer sig inde i skiven af ​​massive stjerner.

Opdagelsen kan have vigtige konsekvenser for forståelsen af ​​stjernedynamikken i galaktiske kerner, galakseudvikling, og gravitationsbølgernes oprindelse.

"Hvis tusinder af sorte huller findes i en disk omkring det centrale supermassive sorte hul, de kan kollektivt fordreje og punktere de omgivende gasskyer i aktive galaktiske kerner, hvorfra der observeres meget energiske udstrømninger. Disse udstrømninger kan fundamentalt påvirke værtsgalaksen i stor skala, selv tusinder af lysår væk, " sagde Bence Kocsis. "Men det mest spændende spørgsmål er, om den forudsagte fordeling af sorte hul-skiver kan forklare den høje rate af fusioner set i gravitationsbølger af LIGO og Jomfruen."