Образование тесных сверхмассивных двойных чёрных дыр (СМДЧД) является естественным следствием процесса слияния галактик и последующей орбитальной эволюции СМДЧД к центру образовавшейся галактики за счёт динамического трения. Гипотеза о существовании СМДЧД часто используется для интерпретации различной нестандартной активности в галактических центрах. Сливающиеся СМДЧД являются основными кандидатами в наблюдения с помощью будущих космических гравитационно-волновых антенн. Однако, когда расстояние между двумя ЧД становится достаточно малым, динамическое трение оказывается неэффективным. С другой стороны, как правило, эти расстояния ещё слишком велики, для того, чтобы система могла слиться за хаббловское время за счёт излучения гравитационных волн (ГВ). Возникает проблема формирования источников ГВ такого типа, 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 звёзд за счёт возможной несферичности центрального звёздного скопления (ЦЗС). В этом докладе мы обсудим новое возможное решение, также определяемое несферичностью ЦЗС, которая может влиять не только на орбиты звёзд, 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 счёт 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), сохраняющей проекцию углового углового потенциала на ось, перпендикулярную этой плоскости. Мы рассмотрим, в основном аналитическими методами, вековую эволюцию, связанную с присутствием гармоник с |m|=2. В данном случае не сохраняется ни одна из компонент углового момента, что может привести, в принципе, к формированию орбит с очень большим эксцентриситетом, которые могут эффективно эволюционировать за счёт излучения ГВ. 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 учётом 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 чёрной дыры, за время меньше или порядка сотни периодов эффекта ЦЛК, что соответствует нескольким миллиардам лет. СМДЧД на такой орбите очень эффективно, за время порядка орбитального периода, сбрасывает свою орбитальную энергию за счёт излучения ГВ. Отличительной особенностью источников ГВ, образовавшихся за счёт нашего эффекта, является то обстоятельство, что эксцентриситет остается существенным на всех этапах слияния.

Страница создана 22 апреля 2025 г.