¿Por qué los agujeros negros supermasivos no pueden fusionarse? (¿o pueden?)

El artículo de CNet Los astrónomos descubren dos agujeros negros supermasivos en una espiral de la muerte se vincula con el descubrimiento de un cuásar binario de separación cercana en el corazón de az ~ 0.2 La fusión de la galaxia y sus implicaciones para las ondas gravitacionales de baja frecuencia (disponible en ArXiv ) y dice:

Los agujeros negros supermasivos generalmente se encuentran en el centro de las galaxias, incluida la nuestra, y durante una fusión de galaxias terminan comenzando una danza de la muerte, girando entre sí en un vals casi interminable, hasta que finalmente se fusionan. Sin embargo, los investigadores actualmente no tienen claro el tiempo que tardan los agujeros negros en fusionarse o, de hecho, si se fusionan.

"Es una gran vergüenza para la astronomía que no sepamos si los agujeros negros supermasivos se fusionan", dijo Jenny Greene, profesora de ciencias astrofísicas en Princeton y coautora del estudio. "Para todos en la física de los agujeros negros, en términos de observación, este es un rompecabezas de larga data que debemos resolver".

Este acertijo se conoce como el "problema del parsec final". Algunos astrónomos creen que una vez que dos agujeros negros supermasivos se acercan lo suficiente, reduciendo su distancia a 1 parsec (3,2 años luz), pueden bailar durante una eternidad.

Pregunta: Si resulta que los agujeros negros supermasivos no pueden fusionarse, o tienen dificultades para hacerlo, ¿cuáles podrían ser las razones?

Respuestas (1)

El principal problema es el momento angular. Para que dos objetos ligados gravitacionalmente se fusionen (ya sean agujeros negros, agujeros negros supermasivos, planetas, estrellas, etc.), deben perder suficiente momento angular para que su separación orbital sea lo suficientemente pequeña. La separación orbital promedio (semieje mayor) se determina completamente a partir del momento angular de la órbita (al menos en la mecánica clásica; no sé si eso es cierto para situaciones relativistas como la fusión de agujeros negros cuando se acercan). La eliminación del momento angular requiere interacciones con otros objetos.

Cuando dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros supermasivos tienen momento angular. A través de un fenómeno conocido como "fricción dinámica", las interacciones gravitatorias con otras estrellas eliminan gran parte de su momento angular de los agujeros negros, hasta que se acercan unos pocos parsecs entre sí. En este punto, los agujeros negros han arrojado todas las estrellas que estaban en la región y (presumiblemente) no queda nada para que la fricción dinámica socave su momento angular. Una vez que los agujeros negros estén lo suficientemente cerca (no sé qué tan cerca), la emisión de ondas gravitacionales eliminará el momento angular restante del par en órbita y la fusión se vuelve inevitable.

Entonces, para responder a su pregunta , la razón por la que los agujeros negros supermasivos no pueden fusionarse es que están demasiado juntos para que quede material restante (estrellas, gas, etc.) en el centro de la galaxia para eliminar el momento angular de el par en órbita, que ya ha eliminado el material, pero no está lo suficientemente cerca como para que la emisión de ondas gravitacionales elimine el momento angular lo suficientemente rápido como para que su fusión ocurra pronto (en un sentido astronómico).

¡Esta es una respuesta genial! Aprendí varias cosas diferentes de él, agradable.
Es seguro usar aproximaciones newtonianas cuando la separación entre los BH es grande. Para tener una idea aproximada de dónde los efectos relativistas se vuelven demasiado grandes para ignorarlos, use la relación de dilatación del tiempo de Schwarzschild 1 − r s / r , dónde r s es el radio de Schwarzschild, y r es la distancia.
Para ser un poco pedante, hay dos procesos en el trabajo 1. Fricción dinámica, que es la interacción media de los BH individuales con la población general de estrellas (y materia oscura) en su vecindad, y que es efectiva hasta escalas de un unos cientos de parsecs...
... y 2. Las interacciones gravitatorias de tres cuerpos entre el BH binario y las estrellas individuales, que es la forma en que se "lanzan" las estrellas desde las regiones internas. Esto domina para las separaciones de BH de menos de unos pocos cientos de pc; si no hay suficientes estrellas en el mismo centro para que el binario interactúe, es posible que no pueda reducir su órbita a menos de un parsec más o menos: el problema del "parsec final".
Tengo ganas de fusionarlos con una cadena certera de agujeros negros más pequeños que forman un puente.
@PeterErwin Creo que necesita espacio adicional, así que acabo de preguntar ¿ Cómo dos agujeros negros supermasivos alcanzan "el último parsec" en la fusión de galaxias?
@NeutronStar ídem
La distancia de separación para que dominen las ondas gravitacionales es de alrededor de 0,001 a 0,01 parsecs. Es por eso que la fusión parece difícil: comienzas desde un parsec o más y debes reducir esa distancia en varios órdenes de magnitud, cuando entrar en espiral hasta ese punto llevaría más tiempo que la vida útil del universo. Y entonces el problema es: creemos que tenemos evidencia de que los agujeros negros supermasivos se fusionaron antes, y que hay al menos un candidato para un par inspirador que está mucho más cerca de lo que debería estar sin algo más que los acerque.
¿Por qué los agujeros negros supermasivos no pueden fusionarse? (¿o pueden?)
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