Massive Black Holes in Dwarf Galaxies: Off-center binary formation through gravitational capture
Trous noirs massifs dans les galaxies naines : Formation de binaires excentrées par capture gravitationnelle
Résumé
The observation of supermassive black holes (BHs) at high redshift challenges our understanding
of their growth. The standard scenario of massive BH mergers relies on the fact that they settle at
the galactic center due to dynamical friction. However, the time required for an intermediate-mass
BH to reach the center of a typical dwarf galaxy far exceeds the age of the universe. Additionally,
feedback processes can reduce the central density of these galaxies, creating a core and leading to
core stalling, where BHs remain in stable, off-center orbits.
This raises the question : can these BHs merge outside the galactic center ? This thesis first examines
the formation of density cores in dwarf galaxies and proposes a new scenario for off-center
mergers of massive BHs, initiated by gravitational capture. We find that in our idealized setup,
captures result in the formation of binaries in 13% of cases. This finding underscores the need for a
detailed analysis of dissipative processes to stabilize these captures, especially given the upcoming
capabilities of observatories like LISA, which are expected to detect gravitational waves from such
mergers.
L’observation de trous noirs (TNs) supermassifs à haut redshift questionne notre compréhension
de leur croissance. Le scénario standard de fusion des TNs massifs prévoit que ces derniers se
retrouvent au centre galactique, amenés par la friction dynamique. Cependant, le temps nécessaire
à un TN de masse intermédiaire pour atteindre le centre d’une galaxie naine typique est bien plus
grand que l’âge de l’univers. De plus, les phénomènes de rétroaction peuvent abaisser la densité
centrale de ces galaxies et créer un coeur, permettant le phénomène de core stalling, où les TNs
restent sur des orbites stables excentrées.
Ainsi, la question se pose : ces TNs peuvent-ils fusionner à l’extérieur du centre galactique ? Cette
thèse explore d’abord la formation de coeurs de densité dans les galaxies naines et propose un
nouveau scénario de fusion excentrée des TNs massifs, initiée par une capture gravitationnelle.
Nous découvrons que les captures permettent la formation de binaires dans 13% des cas dans
notre configuration idéalisée. Ce résultat justifie une analyse approfondie des processus dissipatifs
pour stabiliser ces captures, en particulier à la lumière des futurs observatoires comme LISA, qui
détecteront les ondes gravitationnelles issues de telles fusions.
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