by Podle nové studie může dojít ke srážkám mezi černými dírami s hvězdnou hmotností v násilném prostředí vytvořeném kolem jejich větších, pečujících protějšků.
Supermasivní černé díry, které se nacházejí v srdci většiny, ne-li všech galaxií, mohou dosáhnout hmotností milionkrát nebo dokonce miliardkrát větší než Slunce. Některé z nich jsou obklopeny disky plynu a prachu, které se zahřívají na obrovské teploty, díky nimž jasně září. Zatímco část tohoto materiálu je trychtýřována do oslavné centrální supermasivní černé díry, část je trychtýřem vedena silnými magnetickými poli k pólům černé díry, odkud je vypuzována rychlostí blízkou světla, což také vytváří silné světelné emise.
Tyto vyživující supermasivní černé díry se nazývají kvasary. Mohou být tak jasné, že převyšují kombinované světlo všech hvězd v galaxii, která je hostí. Nový výzkum však naznačuje, že aktivní galaktická jádra (AGN), ve kterých se kvasary nacházejí, by mohla skrývat další malé černé díry s hmotností mezi troj- až desetinásobkem hmotnosti Slunce, které rostou rozpadem a splynutím.
Ve skutečnosti kvasary a jejich okolí samotné mohou ve skutečnosti řídit proces slučování mezi menšími černými dírami, které lze zde na Zemi detekovat prostřednictvím vlnění ve struktuře časoprostoru, které vytvářejí, nazývané gravitační vlny.
Příbuzný: Gravitační vlnové pozadí vesmíru bylo slyšet poprvé
To je závěr týmu vědců, včetně postgraduálního studenta fyziky na Oxfordské univerzitě Connara Rowana, který vytvořil sofistikovanou počítačovou simulaci k napodobení komplexních interakcí mezi černými dírami o hvězdné hmotnosti a plynem z disku kolem supermasivní černé díry.
“Tyto simulace odpovídají na dvě hlavní otázky: může plyn katalyzovat binární formování černých děr, a pokud ano, mohou se nakonec k sobě ještě více přiblížit a splynout?” Rowan uvedl v prohlášení. “Aby tento proces vysvětlil původ pozorovaných signálů gravitačních vln, obě odpovědi musí být ano.”
Velcí bratři supermasivní černé díry mohou být takovou brzdou
Zkoumáním simulovaného prostředí kolem kvasaru složeného z 25 milionů plynových částic používaných k napodobování komplexních toků plynu během setkání tým zjistil, že černé díry hvězdné hmotnosti lze vtáhnout do disků, hustých plynů. Tyto černé díry by pak mohly být vtlačeny do binárních systémů kvůli jejich gravitačnímu vlivu na sebe navzájem a na gravitační vliv plynu v disku.
Simulace, z nichž každá trvala tři měsíce, ukázaly, jak plyn v discích zpomalil rychlost černých děr s hvězdnou hmotností, což znamená, že i když se tyto objekty obvykle oddělily, zůstaly k sobě gravitačně vázány.
Tím zůstali uvězněni, když obíhají kolem sebe jako binární černé díry, a také uvězněni obíhající jejich supermasivní černou díru „velkého bratra“. U menších černých děr bylo také zjištěno, že rostou na vlastních okolních akrečních discích, jako jsou miniverze supermasivní černé díry, která je uvěznila.
Vliv plynu kolem supermasivní černé díry na proces slučování mezi menšími černými dírami byl ilustrován tím, že simulace ukázaly prudké vyvržení plynu bezprostředně po sloučení černých děr.
Tým také objevil další vliv na to, jak se binární černá díra vyvíjela v průběhu času – směr, kterým černé díry s hvězdnou hmotností obíhají kolem supermasivní černé díry.
V polovině systémů, ve kterých černé díry obíhají kolem supermasivní černé díry naproti její rotaci – retrográdnímu pohybu – by se černé díry dostaly dostatečně blízko, aby produkovaly velké emise gravitačních vln. Protože gravitační vlny tlačí moment hybnosti pryč od dvojhvězdy, obě černé díry se spirálovitě rychleji a velmi náhle spojí.
“Tyto výsledky jsou neuvěřitelně vzrušující, protože potvrzují, že může dojít ke sloučení černých děr do supermasivních disků černých děr, a možná vysvětlují mnoho nebo možná většinu signálů gravitačních vln, které dnes pozorujeme.”, řekl Bence Kocsis, člen výzkumného týmu a astrofyzik v Oxfordu.
Výzkum představil Rowan na Národním astronomickém setkání Royal Astronomical Society 2023, které se konalo v Cardiffu ve Walesu od 3. do 7. července.
