Pourquoi les trous noirs supermassifs ne peuvent-ils pas fusionner? (ou peuvent-ils?)

Les astronomes de l' article de CNet découvrent deux trous noirs supermassifs dans une spirale de la mort, liés à la découverte d'un quasar binaire à séparation rapprochée au cœur d'une galaxie fusionnante az ~ 0,2 et ses implications pour les ondes gravitationnelles à basse fréquence (disponible dans ArXiv ) et dit:

Les trous noirs supermassifs se trouvent généralement au centre des galaxies, y compris la nôtre, et lors d'une fusion de galaxies, ils finissent par commencer une danse de la mort, tournant autour les uns des autres dans une valse presque sans fin, jusqu'à ce qu'ils fusionnent finalement. Cependant, les chercheurs ne savent pas actuellement combien de temps il faut pour que les trous noirs fusionnent - ou, en fait, s'ils fusionnent du tout.

"C'est un embarras majeur pour l'astronomie que nous ne savons pas si les trous noirs supermassifs fusionnent", a déclaré Jenny Greene, professeur de sciences astrophysiques à Princeton et co-auteur de l'étude. "Pour tout le monde dans la physique des trous noirs, il s'agit d'un puzzle de longue date que nous devons résoudre."

Ce puzzle est surnommé le «problème final-parsec». Certains astronomes pensent qu'une fois que deux trous noirs supermassifs se rapprochent suffisamment, réduisant leur distance à 1 parsec (3,2 années-lumière), ils peuvent danser pendant une éternité.

Question: S'il s'avère que les trous noirs supermassifs ne peuvent pas fusionner, ou ont du mal à le faire, quelles pourraient être les raisons?

Le problème principal est l'élan angulaire. Pour que deux objets liés par gravitation fusionnent (qu'il s'agisse de trous noirs, de trous noirs supermassifs, de planètes, d'étoiles, etc.), ils doivent perdre suffisamment de moment angulaire pour que leur séparation orbitale devienne suffisamment petite. La séparation orbitale moyenne (axe semi-majeur) est entièrement déterminée à partir du moment angulaire de l'orbite (au moins en mécanique classique; je ne sais pas si cela est vrai pour des situations relativistes telles que la fusion de trous noirs lorsqu'ils se rapprochent). L'élimination de la quantité de mouvement angulaire nécessite des interactions avec d'autres objets.

Lorsque deux galaxies fusionnent, leurs trous noirs supermassifs ont tous deux un moment angulaire. Grâce à un phénomène connu sous le nom de «frottement dynamique», les interactions gravitationnelles avec d'autres étoiles sapent les trous noirs d'une grande partie de leur moment angulaire, jusqu'à ce qu'ils soient rapprochés de quelques parsecs. À ce stade, les trous noirs ont projeté toutes les étoiles qui se trouvaient dans la région et il n'y a (vraisemblablement) plus rien pour que le frottement dynamique sape leur moment angulaire. Une fois que les trous noirs sont suffisamment proches (je ne sais pas du haut de ma tête à quelle distance), l'émission d'ondes gravitationnelles sapera la paire en orbite de leur moment angulaire restant et une fusion devient inévitable.

Donc, pour répondre à votre question , la raison pour laquelle les trous noirs supermassifs ne peuvent pas fusionner est qu'ils sont trop proches les uns des autres pour qu'il y ait du matériel restant (étoiles, gaz, etc.) dans le centre de la galaxie pour éliminer l'impulsion angulaire de la paire en orbite, ayant déjà retiré le matériau eux-mêmes, mais qui n'est pas suffisamment proche pour que l'émission d'ondes gravitationnelles supprime la quantité de mouvement angulaire assez rapidement pour que leur fusion se produise de sitôt (au sens astronomique).