Een artistieke impressie van twee superzware zwarte gaten die op het punt staan ​​samen te smelten. Er is lang gedacht dat superzware zwarte gaten zich in de centra van bijna alle massieve sterrenstelsels bevinden. Maar hoe ze zich in paren binden tijdens het samensmelten van sterrenstelsels blijft een mysterie. Nu hebben wetenschappers van het International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) computersimulaties gebruikt om te laten zien hoe superzware zwarte gaten door zwaartekracht gebonden raken in dichte stellaire omgevingen tijdens de intense gasrijke fusies van gasrijke sterrenstelsels.

Wanneer er een samensmelting van sterrenstelsels plaatsvindt tussen twee gasrijke sterrenstelsels, raken alle sterren en gas in de sterrenstelsels zeer dicht opeengepakt. Deze omgeving dwingt alle superzware zwarte gaten in het centrum van de Melkweg samen te komen.

‘Voor het eerst hebben we laten zien hoe superzware zwarte gaten zich snel kunnen binden in gasrijke samensmeltingen van sterrenstelsels’, zegt hoofdauteur dr. Michael Tremmel van ICRAR.

“We ontdekten dat de stellaire omgevingen in gasrijke sterrenstelsels het mogelijk maken dat superzware zwarte gaten dicht bij elkaar komen en dat tegelijkertijd het gas in deze omgevingen voldoende energie verwijdert om de superzware zwarte gaten te laten binden.”

Bindende mechanismen voor superzware zwarte gaten bij grote samensmeltingen zijn traditioneel in twee categorieën onderverdeeld:‘gewelddadige ontspanning’ en ‘dynamische wrijving’.

“Gewelddadige ontspanning beschrijft een scenario waarin een binair superzwaar zwart gat zich in een koude stellaire cusp bevindt die de centrale zwarte gaten met geweld schudt om zich te binden”, zegt co-auteur Dr. Duncan Forgan van ICRAR.

“We ontdekten echter dat zelfs voor zeer massieve sterrenstelsels met een zeer dichte centrale stellaire omgeving de relaxatietijden te lang zijn, waarbij de stellaire omgeving het initiële binaire superzware zwarte gatensysteem vernietigt voordat binding plaatsvindt.”

Het andere mechanisme is dynamische wrijving. Dit beschrijft de langzame overdracht van energie en momentum van een centraal superzwaar zwart gat naar de omringende sterren.

‘Dynamische wrijving is alleen efficiënt als het centrale superzware zwarte gat omgeven is door een compacte sterrenhoop’, zegt dr. Tremmel.

“Aangezien veel sterrenstelsels centrale superzware zwarte gaten hebben, die niet zijn ingebed in compacte sterrenhopen, beseften we dat we moesten uitzoeken of er een andere manier was om superzware zwarte gaten snel te laten samensmelten.”

Voor hun simulaties gebruikten de onderzoekers de N-lichaamscode GAEA, die bijzonder geschikt is voor het modelleren van gasrijke fusies van sterrenstelsels.

“Terwijl eerder werk werd beperkt door de computationele resolutie en dus slechts gedeeltelijk deze dichte stellaire omgevingen kon oplossen, gebruiken we een nieuwe zoomtechniek waarmee we deze regio’s met ongekende details kunnen oplossen”, zegt co-auteur professor Lucio Mayer, eveneens van ICRAR.

“We ontdekten dat gasrijke fusies van sterrenstelsels zeer snel extreem dichte stellaire omgevingen rond de samensmeltende superzware zwarte gaten kunnen produceren. Deze dichte omgeving kan snel de energie uit het binaire systeem afvoeren, waardoor de superzware zwarte gaten zich binnen ongeveer 100 miljoen jaar kunnen binden.”

Dit onderzoek werd gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.