大きなブラックホールは小さなブラックホールの成長を助けます

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Anonim
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数値シミュレーションにより、超大質量ブラックホールの影響に関連する恒星質量ブラックホールの加速成長メカニズムの実現可能性が確認されました。この理論によれば、活動銀河の中心に小さなブラックホールが蓄積し、それらが高い確率で融合する可能性があり、このプロセスを何度も繰り返すことができます。その結果、質量が太陽質量を50倍以上超える物体が出現する可能性があり、合併による重力波はすでに観測されており、説得力のある形成メカニズムは提案されていない、と著者らは書いている。ジャーナルPhysicalReviewLetters。

ブラックホールは理論的には非常に広い範囲の質量を持つことができますが、宇宙の現代の概念によれば、太陽より数十倍も重い恒星の質量のブラックホールのほとんどがあります。同時に、太陽の約40倍より重いブラックホールは、超新星爆発の過程で発生するべきではないと考えられています。なぜなら、より重いコアを持つ星は、ペア不安定な超新星の形で寿命を終えるはずだからです。 、その結果、ブラックホールは残されていません。

ただし、LIGOおよびVirgo重力アンテナからのデータは、より大きなブラックホールの存在を示しています。たとえば、合併GW170729でのより大きな天体の推定質量は、約50太陽質量です。恒星進化の現代のモデルは大幅な調整が必要であるか、ブラックホールの成長に効果的なメカニズムがあり、限られた時間でさらに数十の太陽質量を獲得できることがわかりました。

2016年に、天体物理学者はそのような成長の可能な方法を提案しました。それは活動銀河の中心にある超大質量ブラックホールの周りの軌道にある小さなブラックホールの融合です。銀河核の活動を維持するために、物質は常に中心の物体に落下しなければならず、それは渦巻き状に動き、降着円盤を形成します。さまざまな推定によると、何万もの恒星質量ブラックホールもこの動きに関与しているはずです。

物理学者の計算によると、重力やガスに対する摩擦などのさまざまな影響を考慮すると、この領域に落ちた小さなブラックホールが、中央の穴の半径が約300半径の軌道に移動するはずです。そのような「移住の罠」は合併の可能性の増加につながるはずですが、この仕事はそのような計算を提供しません。

ハンガリー、インド、米国の天体物理学者は、フロリダ大学のImre Bartosの参加を得て、コンピューターシミュレーションを使用して以前に表明された概念を詳細に研究することを決定しました。著者らは、モンテカルロ法を使用して、さまざまな数のオブジェクトが作成された活動銀河のさまざまなディスクをシミュレートしました。時間の経過とともに、ブラックホールは「閉じ込められた」軌道に入り、高い確率で、同じ領域に入る次の軌道と融合しました。合併の結果として生じた穴は同じ軌道にとどまり、新しいオブジェクトごとにますます大きくなりました。

著者らは、ブラックホールの有限質量の確率を推定し、50個の太陽質量がモデルで日常的に再現され、最も重いサンプルが80個の太陽質量まで成長したという結論に達しました。彼らはまた、結果として生じるブラックホールの適切な回転のベクトルが、軌道角運動量のベクトルに対して反対方向に向けられていることが判明したという結論に達しました。この状況は異常であり、そのようなオブジェクトの形成のために提案された他のメカニズムでは予測されていません。

科学者が今後数年間に受け取ると予想する重力波に関するより詳細なデータは、マージする前にブラックホールのスピンの大きさと方向を計算するのに十分な感度があります。したがって、最も大規模な合体ペアの適切な軌道運動の瞬間が反対方向に向けられていることが判明した場合、これは提案されたモデルを確認します。

以前は、科学者はペアが不安定な超新星の最良の候補を説明できず、重力レンズを使用して超大質量ブラックホールの回転を測定し、そのような物体の周りに惑星を形成させていました。

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