Почему чёрные дыры - сливаются?

Есть мнение, что при слиянии галактик, – а это случай не редкий, один только наш Млечный Путь поглотил 10 или 15 галактик-карликов, – должны сливаться и сверхмассивные чёрные дыры. Ибо о поглощениях мы знаем, так как часть впитанных нашей Галактикой звёзд сохраняют не типичные особенности орбитального движения… То есть, «чужие» звёзды мы спустя миллиарды лет ещё видим и узнаём, а «чужие» сверхмассивные чёрные дыры почему-то нет… Куда они могли деться с подводной лодки?
Об этом сообщает США Дейли Ньюс https://usa-daily-news.com

Это хороший, правильный вопрос, но является он лишь одним из аспектов более широкой проблемы, с которой астрофизика столкнулась после появления технологии регистрации чёрных дыр по гравитационным волнам. За первым, не так давно праздновавшимся успехом, – когда гравитационный шторм, вызванный слиянием, удалось увидеть, – последовал второй, сотый, а затем стало ясно, как день, что… как-то слишком много уже успехов. Дыры сливаются чаще, чем предсказывала теория, и, что не менее странно, сливаются чаще нейтронных звёзд… Хотя последних при коллапсе массивных звёзд рождается больше.

...А ещё затем было путём наблюдений доказано существование чёрных дыр промежуточной массы. Которые не могут родиться непосредственно из звёзд, а должны появляться путём слияний. Причём, множественных. Теория же для случая чёрных дыр и пульсаров предсказывала возможность только однократного слияния… И ладно бы какая-то физическая теория. В данном случае речь о теории вероятности.

С некоторой вероятностью, – не столь уж малой, – порядка 5%, – из быстро вращающегося сияющего выделяемым при сжатии теплом облака газа – протозвезды, – рождается не одна молодая звезда, а сразу тесная пара звёзд примерно одной массы… При этом считается уже практически доказанным, что такие пары могут иметь общий диск, кольца, и плодить «циркумбинарные» планеты… Но не суть. В данном случае важно, что при высокой массе протозвезды, пара голубых гигантов, взрываясь, превращается сразу в тесную пару нейтронных звёзд или чёрных дыр, а такая конструкция нестабильна, – импульс рассеивается гравитационными волнами, и за астрономически малое время пара сливается.

Ну и всё. Образование результатом этого слияния новой тесной пары с какой-то не «родной» уже чёрной дырой невероятно абсолютно. Между тем, как чёрные дыры промежуточной массы, так и – методами гравиметрии – слияния, в которых они образуются и растут, наблюдаются непосредственно. И не так чтобы редки. В шаровых скоплениях.

Таким образом исчезновение сверхмассивных дыр поглощённых карликовых галактик – только один из аспектов проблемы. Методом исключения, эти дыры скатились в ядро Млечного Пути и слились по Стрельцом… Ну а прочие звёзды из поглощённых галактик-карликов – почему не слились? Законы небесной механики не разбирают, кто «дыра», а кто нет. Механизм же рассеяния импульса гравитационными волнами включается лишь на дистанции «в упор»…

При этом видно было, что в шаровых скоплениях – в соответственно меньших масштабах – протекают сходные процессы. Чёрные дыры сползаются к центру и как-то друг-друга находят… С другой же стороны давно известные чёрные дыры в окрестностях Солнца – в рукаве, – никаких странностей поведения не обнаруживали. Просто крутились в составе кратных систем, никуда «ползти» не пытаясь.

Детальное наблюдение за поведением чёрных дыр в составе шаровых скоплений, впрочем, показало, что и там, обычные, – не переживавшие слияний, – чёрные дыры просто движутся по характерным для звёзд орбитам, – причём, из возраста скоплений ясно, что делают они это 11 миллиардов лет… Но вот дыры от 10 солнечных масс (а такие образуются только слиянием пары, так как максимальная масса «звёздной» чёрной дыры – 8 солнечных), ведут себя не типично. Поведение же ещё более массивных дыр, – уже «промежуточных» – не типично совершенно.

...И здесь надо отметить любопытный момент. Десять солнечных масс – вроде, не много. Но звёзды-гиганты живут астрономически неразличимый срок, за который могут успеть сделать только одно – взорваться. Таким образом, можно считать, что любой компактный объект такой или большей массы в космосе – чёрная дыра… И в чём, собственно, дело?

В механизме гравитационной катапульты. Приближаясь к одному телу, другое сначала ускорится, скатываясь по склону гравитационной ямы, и этой скорости – ведь сопротивления нет, – окажется достаточным, чтобы из ямы выкатиться. Захват одним телом другого, таким образом, невозможен, если поблизости нет третьего, которому будет передана часть импульса. Случайным образом это третье тело или ускорится, или замедлится.

...В ядре галактики Abell 402 астрономы увидели то, что менее всего в ядрах галактики ожидаемо, – обширную полость, в которой нет никаких звёзд. Только две идущие к слиянию сверхмассивных дыры, – меньшая со Стрелец, а вот главная в 50 миллиардов (sic) солнц. Орбита захваченной дыры стягивается, – импульс теряется. Но законы-то сохранения никто не отменял. Импульс просто «пропасть» не может.Пустота образовалась потому, что он передаётся звёздам, одну за другой выбрасывая их из ядра…

Движение всегда реактивно, – для него нужно рабочее тело. В качестве такового при сближении чёрных дыр выступают звёзды, газ и тёмная материя.

Соответственно, возникает вопрос, почему, проваливающаяся в ядро галактики Abell 402 сверхмассивная дыра выкинула оттуда звёзды, а не сама выкинулась. Двигаясь в плотной среде, – имея ввиду всю массу на кубопарсек, – чёрные дыры склонны подтормаживать, – рассеивать импульс, – и с увеличением их массы данная особенность прогрессивно растёт, становясь заметной где-то на 10 «солнцах». Математическое моделирование поведения тел в больших гравитационно связанных скоплениях подтвердило слабую склонность более тяжёлых опускаться к общему центру масс, выталкивая менее тяжёлые… Но походу тут не обошлось без тёмной материи.

Дело в том, что если обычные звёзды прозрачны для тёмной материи, то чёрные дыры – нет. Радиус же чёрной дыры пропорционален её массе, – соответственно, сечение растёт в квадрате… Также чёрные дыры поглощают на своём пути газ, – вблизи сферы Шварцшильда частица ускоряется так, что начинает излучать, и излучение уносит импульс…

Эффекты, благодаря которым дыры тормозятся, скатываясь на дно ямы, интуитивно понятны, хотя плохо изучены. Но возникает вопрос, почему они не действуют в диске галактики.

Видимо, действуют. Только при характерной для диска плотности звёздного населения – слишком медленно, чтобы их можно было наблюдать. Шанс пережить ещё одно слияние дыра имеет только в скоплении, где звёзд очень много, их относительные скорости минимальны и легко образуются (и распадаются) виртуальные кратные системы. Вероятно, это должно работать и в ядре… На дыры от 10 солнечных масс.

Для сверхмассивных дыр «среда», которой можно передать импульс, оказывается достаточно плотной везде в галактике. В ядро они, видимо, скатываются быстро… а там плотность прогрессивно растёт.

...И возникает вопрос, почему у нас, в отличие от галактики Abell, ядро не пустое… Но вопрос-то скорее в том, почему там так странно всё получилось... Дело, вероятно, в огромной массе идущих к слиянию тел.

В норме, от того, что захваченная сверхмассивная дыра часть звёзд из ядра выкинет, их там меньше не станет. Ибо в ядро постоянно стекается газ, из которого рождаются новые звёзды.