Сверхмассивная двойная черная дыра в несферическом звездном скоплении
Иванов Павел Борисович
Физический институт имени П. Н. Лебедева
на HEA-2025
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025PhRvD.112d3030I/abstract
Авторы: Иванов Павел Борисович, Полнарев Александр Григорьевич
Образование тесных сверхмассивных двойных черных дыр (СМДЧД) является естественным следствием процесса слияния галактик и последующей орбитальной эволюции СМДЧД к центру образовавшейся галактики за счет динамического трения. Однако, когда расстояние между двумя ЧД становится достаточно малым, динамической трение оказывается неэффективным. С другой стороны, как правило, эти расстояния еще слишком велики, для того, чтобы система могла слиться за хаббловское время за счет излучения гравитационных волн (ГВ). Возникает проблема формирования источников гравитационных волн (ГВ) из-за слияния СМДЧД, которая получила условное название - "проблема центрального парсека". На протяжении нескольких десятков лет было предложено несколько возможных вариантов решения этой проблемы, например, связанных с влиянием газа на динамическую эволюцию СМДЧД или увеличением числа эффективно взаимодействующих с СМДЧД звезд за счет возможной несферичности центрального звездного скопления (ЦЗС). В этом докладе мы обсудим новое решение, также определяемое несферичностью ЦЗС, которая может влиять не только на орбиты звезд, но и на орбиту СМДЧД. Будет рассмотрена модельная задача, в которой СМДЧД с достаточно малым отношением масс является гравитационно-связанной и двигается по приблизительно кеплеровской орбите, которая медленно эволюционирует за счет влияния внешнего возмущающего гравитационного потенциала ЦЗС. ЦЗС предполагается существенно несферическим на масштабах, превышающих размер орбиты. Также будет учтена Эйнштейновская прецессия перигелия орбиты. Важным для нашего рассмотрения является то обстоятельство, что возмущающий потенциал общего типа в квадрупольном приближении может быть разложен по сферическим гармоникам с азимутальным числом m=0, |2| в системе координат, связанной с некоторой выделенной плоскостью. Существование гармоники с m=0 приводит к стандартной вековой эволюции орбиты типа фон Цейпеля-Лидова-Козаи (ЦЛК). Мы рассмотрим, в основном аналитическими методами, вековую эволюцию, связанную с присутствием гармоник с |m|=2, которая может привести к существенно большему, по сравнению с ЦЛК, изменению эксцентриситета. Мы построим асимптотические аналитические решения вековых уравнений, формально предполагая, что в некоторый момент времени малы орбитальный эксцентриситет и наклонение орбиты по отношению к выделенной плоскости, с учетом прецессии Эйнштейна. Мы также приведем аргументы, основанные на численном анализе, которые свидетельствуют о том, что наша теория качественно справедлива и для орбит с достаточно большим наклонением. Будет показано, для типичных параметров ЦЗС, что рассмотренная вековая эволюция может привести к формированию очень вытянутых орбит, с периастром порядка нескольких гравитационных радиусов более массивной черной дыры, за время меньше или порядка сотни периодов эффекта ЦЛК, что соответствует нескольким миллиардам лет.
Другие доклады автора
2023Геометрическая эволюция тонкого аккреционного диска в эксцентричных наклонных двойных черных дырах
2019Поиск одиночных аккрецирующих черных дыр с помощью \"Миллиметрона\" и Космического Телескопа им. Дж. Вебба
2018Динамический искривленный аккреционный диск, образовавшийся после приливного разрушения звезды вращающейся черной дырой
2017Сравнение теории динамических приливов и наблюдений в системах, содержащих «Горячие Юпитеры»