Астрономы выяснили, что угол, под которым одна галактика врезается в другую, может определить, сольются ли их центральные черные дыры вообще. Если орбита входящей черной дыры наклонена более чем на 45 градусов относительно диска другой, слияние не происходит даже через 14 млрд лет — то есть в течение всего нынешнего возраста Вселенной.
Когда галактики сталкиваются
Исследователи давно знают, что когда две галактики сближаются и сливаются, сверхмассивные черные дыры в их центрах образуют пару и со временем тоже должны объединиться.
Именно такие слияния считаются одним из источников гравитационно-волнового фона — слабого «гула» пространства-времени, зафиксированного в последние годы. Впрочем, какую роль в этом процессе играет геометрия столкновения — до сих пор оставалось открытым вопросом.
Симуляции с разными углами
Сена Гобади из Технологического института Джорджии вместе с коллегами построила трехмерные динамические модели таких столкновений.
В каждой симуляции сверхмассивная черная дыра массой от миллиона до ста миллионов масс Солнца находилась в центре дисковой галактики, а меньшая по размеру черная дыра приближалась к ней по спирали с расстояния около 3300 световых лет.
Команда варьировала угол наклона входной орбиты от 0 до 75 градусов и фиксировала, сколько времени требуется, чтобы пара сблизилась до расстояния в 10 парсеков (около 33 световых лет).
Критический порог — 45 градусов
Результаты оказались однозначными. При наклонах до 20 градусов динамическое трение между черной дырой и веществом галактики — звездами и газом — «притягивало» объект к плоскости диска и ускоряло слияние.
От 20 до 45 градусов процесс замедлялся, но все же завершался. А вот при угле более 45 градусов орбита, напротив, становилась все более крутой, и ни одна из таких смоделированных пар не успела слиться до конца отведенного времени.
Помимо угла, на скорость слияния влияли масса черных дыр и скорость вращения галактического диска: чем больше масса и чем быстрее вращается диск — тем быстрее происходит объединение.
Что это означает для наблюдений
Полученный результат позволяет по-новому взглянуть на уже известные объекты. Пары активных ядер галактик и сверхмассивных черных дыр, генерирующие гравитационные волны сегодня, скорее всего, сформировались из систем, где начальный угол наклона не превышал 20 градусов.
Это накладывает существенные ограничения на то, какие именно слияния приводят к регистрируемым событиям, и может помочь точнее предсказывать, где искать такие пары.
Источник: iopscience.iop.org
