Астрофизики оценили время слияния двойных черных дыр в космологических симуляциях
Новое исследование, представленное в архиве препринтов arXiv, проливает свет на механизмы слияния массивных двойных черных дыр. Ученые использовали космологическую симуляцию IllustrisTNG и N-body код Griffin для моделирования эволюции таких систем от момента формирования до столкновения.
В работе рассматривались двойные черные дыры, возникающие при слиянии галактик. Оказалось, что такие системы часто обладают высокой эксцентричностью — вытянутыми орбитами. Это важно для понимания их гравитационно-волнового сигнала, который регистрируют пульсарные тайминговые массивы (PTA).
Авторы определили ключевые параметры, управляющие продолжительностью разных стадий эволюции: динамическое трение, гравитационное жесткое взаимодействие и окончательное слияние. На основе этих данных выведены масштабные соотношения, связывающие свойства галактик и орбиты с временем слияния.
Применение этих соотношений к полной популяции слияний в IllustrisTNG позволило получить вероятностные распределения. Выяснилось, что слияние галактик обычно завершается за 0,7 миллиарда лет, а полное слияние черных дыр — за 1 миллиард лет. Это указывает на эффективную эволюцию двойных систем.
Полученные временные шкалы хорошо согласуются с текущими ограничениями PTA, которые регистрируют наногерцовый гравитационно-волновой фон. Исследование предоставляет основу для улучшения моделей в космологических симуляциях и интерпретации будущих наблюдений гравитационных волн.
Работа подчеркивает важность учета космологического контекста при изучении двойных черных дыр. Дальнейшее развитие методов позволит точнее прогнозировать сигналы от таких систем и проверять теории формирования галактик.
