Астрономи з’ясували, що кут, під яким одна галактика врізається в іншу, може визначити, чи зіллються їхні центральні чорні діри взагалі. Якщо орбіта вхідної чорної діри нахилена більш ніж на 45 градусів відносно диску іншої, злиття не відбувається навіть за 14 млрд років — тобто протягом усього нинішнього віку Всесвіту.
Коли галактики зіштовхуються
Дослідники давно знають, що коли дві галактики зближуються і зливаються, надмасивні чорні діри в їхніх центрах утворюють пару і з часом теж мають об’єднатися.
Саме такі злиття вважаються одним із джерел гравітаційно-хвильового фону — слабкого «гулу» простору-часу, зафіксованого останніми роками. Утім, яку роль у цьому процесі відіграє геометрія зіткнення — досі залишалося відкритим питанням.
Симуляції з різними кутами
Сена Гобаді з Технологічного інституту Джорджії разом із колегами побудувала тривимірні динамічні моделі таких зіткнень.
У кожній симуляції надмасивна чорна діра масою від мільйона до ста мільйонів мас Сонця перебувала в центрі дискової галактики, а менша за розміром чорна діра наближалася до неї по спіралі з відстані близько 3300 світлових років.
Команда варіювала кут нахилу вхідної орбіти від 0 до 75 градусів і фіксувала, скільки часу потрібно, щоб пара зблизилася до відстані в 10 парсеків (близько 33 світлових років).
Критичний поріг — 45 градусів
Результати виявились чіткими. При нахилах до 20 градусів динамічне тертя між чорною дірою та речовиною галактики — зорями й газом — «притягувало» об’єкт до площини диска і прискорювало злиття.
Від 20 до 45 градусів процес сповільнювався, але все ще завершувався. А ось понад 45 градусів — орбіта, навпаки, ставала дедалі крутішою, і жодна з таких змодельованих пар не встигла злитися до кінця відведеного часу.
Окрім кута, на швидкість злиття впливали маса чорних дір і швидкість обертання галактичного диска: чим більша маса і чим швидше обертається диск — тим швидше відбувається об’єднання.
Що це означає для спостережень
Отриманий результат дозволяє по-новому поглянути на вже відомі об’єкти. Пари активних ядер галактик і надмасивні чорні діри, які продукують гравітаційні хвилі сьогодні, швидше за все, сформувалися із систем, де початковий кут нахилу не перевищував 20 градусів.
Це накладає суттєві обмеження на те, які саме злиття ведуть до реєстрованих подій, і може допомогти точніше передбачати, де шукати такі пари.
Джерело: iopscience.iop.org
