Neden birleşen iki gökadanın merkezindeki süper büyük kara deliklerin kendilerinin birleşeceğine inanıyoruz?

Podcast dinlerken veya galaksi birleşmelerini tartışan astronomların youtube videolarını izlerken, merkezlerindeki süper büyük kara deliklerin çarpışma sırasında veya kısa bir süre sonra nasıl birleşecekleri hakkında sık sık konuştuğumu duyuyorum. Neden böyle olduğuna inanıyoruz?

A priori, SMBH'lerin diğer tüm galaktik nesnelerle aynı şekilde davranmasını beklerdim. Olağanüstü büyük olabilirler, ancak fiziksel olarak, bir galaksideki yıldızlar arasındaki geniş boşlukla karşılaştırıldığında hala çok küçüktürler. Nesneler arasındaki çarpışmalar (devasa gaz ve toz bulutlarını saymazsak) olağanüstü nadir olur, o zaman neden SMBH'ler için bir istisna yapalım?

Onlar için ev sahibi galaksilerin karşılıklı kütle merkezi kendi kütle merkezleriyle çakışacak şekilde çarptığı (nadir?) Örnekte birleştiklerini görebiliyordum. Bu durumda, SMBH'ler birbirlerinin etrafında dönecek kadar yakın olabilir, yerçekimi dalgalarına enerji kaybeder ve sonunda birleşir. Ancak bu senaryonun oldukça nadir olduğunu düşünüyorum. Ortalama bir gökada birleşmesinin SMBH'leri yerçekimsel dalgalara karşı önemli kinetik enerjiyi kaybetmek için birbirinden bağımsız olarak kombine gökadanın merkezini yörüngesinde bırakmasının daha makul olduğunu düşünüyorum.

Galaktik birleşmelerden bahseden gökbilimciler, konu hakkında benden çok daha fazlasını biliyorlar, bu yüzden varsayımlarımda veya fizik anlayışımda kusurlar olduğunu düşünüyorum. Neyi kaçırıyorum?

SMBH'ler, galaksilerin karanlık madde halelerinin egemen olduğu galaktik potansiyellerin dibinde bulunur. Ancak karanlık madde yerçekimine hâkim olsa da, yıldızlararası ortamdaki gaz ve toz parçacıkları arasındaki çarpışmalar, galaksilerin baryonik bileşeninin yavaşlaması için yeterli sürtünmeye neden olur. Bu, gökadaların diğer bileşenlerinin yerçekimsel çekim yoluyla da yavaşlamasına neden olacaktır.

Dahası, karanlık madde (ve pratikte, yıldızlar ve kara delikler çok küçük oldukları için) çarpışmasız olmasına rağmen, "rahatlamanın", yani dengeye doğru gelişmenin birkaç yolu vardır. Gökada birleşmesi bağlamında, (bence) en önemli mekanizma, yerçekimi potansiyelindeki hızlı değişimin parçacıkların gevşemesine neden olduğu, örneğin daha büyük parçacıkların daha hafif komşularına daha fazla enerji aktarma eğiliminde olduğu ve bu nedenle daha sıkı bağlı, yerçekimi potansiyelinin merkezine doğru batan.

SMBH'ler…, iyi, süper kütleli olmasına rağmen, potansiyele (genellikle) karanlık madde, gaz ve yıldızlar hakim olacaktır, bu nedenle yeni yerçekimi potansiyeli de SMBH'lerin aynı şekilde dibe doğru aramalarına ve sonunda birleşmesine neden olacaktır.

Kısa cevap " dinamik sürtünme " dir: daha az masif nesnelerden oluşan bir alanda hareket eden masif nesneler, onları geri çeken ve enerji kaybına yol açan bir "uyanma" oluşturur. SMBH'ler yıldızlardan, gazın moleküllerinden ve atomlarından ve karanlık madde parçacıklarından (her ne olursa olsun) çok daha büyük olduğu için, özellikle buna eğilimlidirler. Net etki SMBH'lerin enerji kaybetmesi ve (kombine) sistemin merkezine yerleşmesidir.

Bir ikili oluşturduklarında, aynı zamanda (kombine) galaksi merkezine yakın yıldızlarla 3 bedenli karşılaşmalar yoluyla enerji kaybedebilirler: bir yıldız SMBH ikili ile etkileşir ve enerji kazanır (genellikle galaksi çekirdeğinden çıkarılır), ikili enerji kaybeder daraltarak. Büyük eliptik gökadalar genellikle düşük yoğunluklu yıldız "çekirdeklerine" sahiptir, bunlar genellikle SMBH-ikili birleşme turlarının kalıntıları olarak kabul edilir. Galaksi merkezinde çok fazla gaz varsa, bunlar ikili, gazla yerçekimi etkileşimleri yoluyla daralabilir.