Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες συνδέονται σε ζεύγη κατά τη διάρκεια των συγχωνεύσεων των γαλαξιών
Οι υπερβολικές μαύρες τρύπες, οι μεγαλύτερες μαύρες τρύπες στο σύμπαν, πιστεύεται ότι κατοικούν στα κέντρα των περισσότερων γαλαξιών. Όταν οι γαλαξίες συγκρούονται, οι κεντρικές μαύρες τρύπες τους συγκεντρώνονται επίσης, τελικά εγκαθίστανται σε ένα δυαδικό ζευγάρι. Καθώς αυτές οι δυαδικές μαύρες τρύπες σπειροειδείς το ένα προς το άλλο, εκπέμπουν ισχυρά βαρυτικά κύματα, κυματίζουν στην καμπυλότητα του χωροχρόνου. Το 2015, το Παρατηρητήριο βαρυτικής κύματος Laser Interferometer (LIGO) ανίχνευσε τα πρώτα βαρυτικά κύματα από ένα συγχωνευμένο δυαδικό ζεύγος μαύρης τρύπας.
Πώς ακριβώς οι μαύρες τρύπες είναι ζεύγη κατά τη διάρκεια των συγχωνεύσεων των γαλαξιών, μέχρι τώρα δεν έχουν κατανοηθεί. Μια ομάδα ερευνητών από το Κέντρο Υπολογιστικής Αστροφυσικής (CCA) στο Ινστιτούτο Flatiron της Νέας Υόρκης πραγματοποίησε αριθμητικές προσομοιώσεις για να διερευνήσει αυτό το πρόβλημα. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Physical Review Letters, δείχνουν πόσο υπερμεγέθης μαύρες τρύπες δεσμεύονται βαρυτικά κατά τη διάρκεια των χαοτικών επακόλουθων μιας γαλαξιακής σύγκρουσης.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται Hydrodynamics Smoothed Particle για να ακολουθήσει τις πολύπλοκες κινήσεις του αερίου και των αστεριών που αποτελούν γαλαξίες κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης. Διαπίστωσαν ότι μετά από δύο γαλαξίες δίσκων συγχωνεύονται, οι υπερμεγέθες μαύρες τρύπες τους σχηματίζουν ένα δυαδικό ζευγάρι, ακόμη και όταν οι μαύρες τρύπες ξεκίνησαν σχετικά μακριά. Αυτό συμβαίνει επειδή τα αστέρια και το αέριο στους γαλαξίες λειτουργούν ως ένα είδος κόλλας, κρατώντας τις μαύρες τρύπες μαζί μέσα από τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις τους.
"Οι προσομοιώσεις μας δείχνουν πώς οι υπερμεγέθες μαύρες τρύπες σχηματίζουν δεσμευμένα ζεύγη κατά τη διάρκεια των συγχωνεύσεων των γαλαξιών, γεγονός που είναι ένα απαραίτητο βήμα για να συγχωνεύσουν και να εκπέμπουν βαρυτικά κύματα. Οι παρατηρήσεις Ligo των βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση μαύρων οπών παρέχουν έτσι έμμεσες ιδέες για τη δυναμική των συγχωνεύσεων των γαλαξιών ", δήλωσε ο Volker Springel, μέλος της CCA και καθηγητής της αστροφυσικής στο Ινστιτούτο Θεωρητικών Μελετών της Χαϊδελβέργης.
Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι οι γαλαξίες με περισσότερα αστέρια και φυσικό αέριο είναι σε θέση να δεσμεύσουν τις υπερμεγέθους μαύρες τρύπες τους σε αυστηρότερα δυαδικά ζευγάρια από τους γαλαξίες που είναι λιγότερο πυκνοί. Οι ιδιότητες των δυαδικών μαύρων οπών που παράγονται σε αυτές τις προσομοιώσεις συμφωνούν με τις παρατηρήσεις των δυαδικών μαύρων οπών που έχουν γίνει από την Ligo.
Αυτή η έρευνα παρέχει σημαντικές γνώσεις για τη φυσική των συγχωνεύσεων των γαλαξιών. Αυτές οι ιδέες θα είναι ζωτικής σημασίας για την ανίχνευση και την ερμηνεία των μελλοντικών σημάτων βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση μαύρων οπών και για την κατανόηση της εξέλιξης των γαλαξιών με την πάροδο του χρόνου.
