Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες συνδέονται σε ζεύγη κατά τη διάρκεια των συγχωνεύσεων των γαλαξιών

Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη για δύο υπερμεγέθους μαύρες τρύπες στα πρόθυρα της συγχώνευσης. Οι υπερβολικές μαύρες τρύπες έχουν από καιρό θεωρηθεί ότι κάθονται στα κέντρα σχεδόν όλων των τεράστιων γαλαξιών. Αλλά πώς δεσμεύονται σε ζευγάρια κατά τη διάρκεια των συγχωνεύσεων των γαλαξιών παραμένει ένα μυστήριο. Τώρα, οι επιστήμονες από το Διεθνές Κέντρο Ερευνών για τη Ραδιοφωνική Αστρονομία (ICRAR) χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις υπολογιστών για να δείξουν πώς οι υπερμεγέθες μαύρες τρύπες δεσμεύονται βαρυτικά μέσα σε πυκνά αστρικά περιβάλλοντα κατά τη διάρκεια των έντονων πλούσιων σε αέριο συγχωνεύσεις των γαλαξιών πλούσιων σε αέριο.

Όταν μια συγχώνευση γαλαξιών συμβαίνει μεταξύ δύο γαλαξιών πλούσιων σε αέριο, όλα τα αστέρια και το αέριο στους γαλαξίες γίνονται πολύ σφιχτά γεμάτα. Αυτό το περιβάλλον αναγκάζει τις υπερβολικές μαύρες τρύπες στο κέντρο του γαλαξία να συναντηθούν.

"Για πρώτη φορά, έχουμε δείξει πόσο υπερμεγέθους μαύρες τρύπες μπορούν να δεσμεύονται γρήγορα σε συγχωνεύσεις γαλαξιών πλούσιων σε αέριο", λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Dr. Michael Tremmel από το ICRAR.

"Διαπιστώσαμε ότι τα αστρικά περιβάλλοντα σε γαλαξίες που πλούσια σε αέριο επιτρέπουν σε υπερμεγέθους μαύρες τρύπες να έρχονται κοντά ο ένας στον άλλο και, ταυτόχρονα, το αέριο μέσα σε αυτά τα περιβάλλοντα απομακρύνει αρκετή ενέργεια για να επιτρέψει στη δέσμευση των υπερμεγέθη μαύρες τρύπες".

Οι μηχανισμοί δέσμευσης για υπερμεγέθους μαύρες τρύπες σε μεγάλες συγχωνεύσεις έχουν παραδοσιακά πέσει σε δύο κατηγορίες:«βίαιη χαλάρωση» και «δυναμική τριβή».

"Η βίαιη χαλάρωση περιγράφει ένα σενάριο όπου μια δυαδική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα βρίσκεται σε ένα κρύο αστρικό άκρο που βίαια κουνάει τις κεντρικές μαύρες τρύπες για να δεσμεύσει", λέει ο συν-συγγραφέας Dr. Duncan Forgan, από το ICRAR.

"Ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι ακόμη και για πολύ τεράστιους γαλαξίες με πολύ πυκνά κεντρικά αστρικά περιβάλλοντα, οι χρόνοι χαλάρωσης είναι πολύ μεγάλοι, με το αστρικό περιβάλλον να καταστρέφει το αρχικό δυαδικό σύστημα SuperMassive Black Hole πριν από τη δέσμευση.

Ο άλλος μηχανισμός είναι δυναμική τριβή. Αυτό περιγράφει την αργή μεταφορά ενέργειας και ορμής από μια κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στα γύρω αστέρια.

"Η δυναμική τριβή είναι αποτελεσματική μόνο εάν η κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα περιβάλλεται από ένα συμπαγές σύμπλεγμα αστέρων", λέει ο Δρ Tremmel.

"Καθώς πολλοί γαλαξίες έχουν κεντρικές μαύρες τρύπες, οι οποίες δεν είναι ενσωματωμένες σε συμπαγή συστάδες αστέρων, συνειδητοποιήσαμε ότι χρειαζόμασταν να καταλάβουμε αν υπήρχε ένας άλλος τρόπος για να συγχωνεύονται γρήγορα οι υπερμεγέθες μαύρες τρύπες".

Για τις προσομοιώσεις τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον κώδικα N-Body GAEA, ο οποίος είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για τη μοντελοποίηση των συγχωνεύσεων γαλαξιών πλούσιων σε αέριο.

"Ενώ οι προηγούμενες εργασίες περιορίζονταν από την υπολογιστική ανάλυση και επομένως θα μπορούσαν να επιλύσουν μόνο εν μέρει αυτά τα πυκνά αστρικά περιβάλλοντα, χρησιμοποιούμε μια νέα τεχνική ζουμ που μας επιτρέπει να επιλύσουμε αυτές τις περιοχές με πρωτοφανείς λεπτομέρειες", λέει ο συν-συγγραφέας Lucio Mayer, επίσης από την ICRAR.

"Διαπιστώσαμε ότι οι συγχωνεύσεις γαλαξιών πλούσιων σε αέριο μπορούν πολύ γρήγορα να παράγουν εξαιρετικά πυκνά αστρικά περιβάλλοντα γύρω από τις συγχωνευόμενες μαύρες τρύπες και αυτό το πυκνό περιβάλλον μπορεί να αποστραγγίσει γρήγορα την ενέργεια από το δυαδικό σύστημα που προκαλεί τις υπερβολικές μαύρες τρύπες να δεσμεύουν μέσα σε περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια".

Αυτή η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Astrophysical Journal Letters.