[論文レビュー] SUPERMASSIVE KICKS FOR SPINNING BLACK HOLES

Ulrich Sperhake, Bollineni BR+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、最適に整列したスピンを有する等質量二重ブラックホールが、2,500 km/sを超える反動速度を示す可能性があることを示している。これは、従来の予測である最大1,300 km/sを著しく上回るものである。数値相対論シミュレーションを用いて、スピンの整列が超大規模な反動を生じさせることを示し、ブラックホールの放出、銀河間ブラックホール集団、および銀河構造に深い影響を与える。

ABSTRACT

Recent calculations of the recoil velocity in binary black hole mergers have found the kick velocity to be of the order of a few hundred km/s in the case of non-spinning binaries and about 500km/s in the case of spinning configurations, and have lead to predictions of a maximum kick of up to 1300km/s. We test these predictions and demonstrate that kick velocities of at least 2500km/s are possible for equal-mass binaries with appropriate alignments of the spins. Kicks of that magnitude are likely to have significant repercussions for models of black-hole formation, the population of intergalactic black holes and the structure of host galaxies. Subject headings: black hole physics, gravitational waves, Galaxy: nucleus, relativity

研究の動機と目的

• 二重ブラックホール合体における反動速度の従来の予測を検証し、拡張すること。
• スピンの整列が、従来の推定限界を超えて反動速度を増幅させる役割を調査すること。
• 極端な反動速度がブラックホールの放出および銀河形成に与える天体物理学的影響を評価すること。
• 等質量二重ブラックホールにおいて、2,500 km/s以上の超大規模な反動が物理的に可能かどうかを特定すること。
• このような高エネルギー放出が銀河間ブラックホール集団および宿主銀河構造に与える影響を評価すること。

提案手法

• スピンの向きを変化させた等質量二重ブラックホール合体を数値相対論シミュレーションでモデル化すること。
• 軌道角運動量に対してスピンベクトルの整列を系統的に変化させ、最適な構成を特定すること。
• 放射される重力波形における運動量のバランスを用いて、最終的な反動速度を計算すること。
• 非回転および回転する二重ブラックホールにおける反動速度の従来の解析的・数値的推定値と照合して結果を検証すること。
• 反動の大きさがスピンの大きさおよび軌道面に対する方向にどのように依存するかを分析すること。
• 理想のスピン整列条件下での最大の反動速度を求めるために分析を拡張すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最適なスピン整列がなされた等質量二重ブラックホール合体で、得られる最大の反動速度は何か？
• RQ2 スピンの配置が、二重合体における反動の大きさおよび方向にどのように影響を与えるか？
• RQ3 最大1,300 km/sまでの従来の予測が、極端な反動の真の可能性をどの程度低く見積もっているか？
• RQ4 2,500 km/sを超える反動速度がブラックホールの放出および銀河進化に与える天体物理学的影響は何か？
• RQ5 2,500 km/s以上の超大規模な反動が、現実的な二重ブラックホール系で物理的に実現可能か？

主な発見

• スピンが軌道角運動量と最適に整列した等質量二重ブラックホールでは、少なくとも2,500 km/sの反動速度が達成可能である。
• 最大の反動速度は、従来の1,300 km/sの推定値を上回っており、理論的期待値の大幅な見直しが必要であることを示唆している。
• このような極端な反動は、整列したスピン配置による重力波放射における構成的干渉によって生じる。
• これらの高エネルギー放出は、ブラックホールが宿主銀河から放出される可能性を示しており、銀河間ブラックホール集団に影響を与える。
• 結果から、超大規模な反動が銀河核の構造と力学に重要な役割を果たす可能性があると示唆される。
• これらの発見は、特に銀河中心部に質量の大きなブラックホールが保持されるメカニズムに関する、従来のブラックホール形成および進化モデルに挑戦するものである。