Изригванията от свръхмасивната двоична черна дупка OJ 287 поставят ограничение върху „теоремата без коса“

НАСА infra-red observatory Spitzer has recently observed the flare from gigantic binary черна дупка система OJ 287, в рамките на прогнозния интервал от време, предвиден от модела, разработен от астрофизиците. Това наблюдение тества различни аспекти на общата теория на относителността, „теоремата за липсата на коса“ и доказа, че ОВ 287 наистина е източник на инфрачервено Гравитационни вълни.

- ОВ 287 галактика, situated in Cancer constellation 3.5 billion light years away from Earth, has two черни дупки – the larger one with over 18 billion times the маса of the Sun and orbiting this is a smaller черна дупка with about 150 million times the solar маса, and they form a binary черна дупка система. Докато обикаля по-големия, по-малкия черна дупка crashes through the enormous accretion disk of gas and dust surrounding its larger companion, creating a flash of light brighter than a trillion звезди.

По-малките черна дупка collides with the accretion disk of the larger one twice in every twelve years. However, due to its irregular oblong орбита (called quasi-Keplarian in the mathematical terminology, as shown in the figure below), the flares can appear at different times – sometimes as little as one year apart; other times, as much as 10 years apart (1). Several attempts to model the орбита and predicting when flares would happen were unsuccessful until in 2010, when astrophysicists created a model that could predict their occurrence with an error of about one to three weeks. The accuracy of the model was demonstrated by predicting the appearance of a flare in December 2015 to within three weeks.

Друга важна информация, която влезе в създаването на успешна двоична теория черна дупка система OJ 287 е фактът, че свръхмасивна черни дупки могат да бъдат източници на гравитационни вълни – което е установено след опитно наблюдение на гравитационни вълни през 2016 г., произведен по време на сливането на два свръхмасивни черни дупки. Предполага се, че OJ 287 е източник на инфрачервено лъчение гравитационни вълни (2).

In 2018, a group of astrophysicists provided an even more detailed model, and claimed to be able to predict the timing of future flares to within few hours (3). According to this model, the next flare would occur on July 31, 2019 and the time was predicted with an error of 4.4 hours. It also predicted the brightness of the impact-induced flare to take place during that event. The event was captured and confirmed by НАСА Spitzer Космос Telescope (4), which retired in January 2020. To observe the predicted event, Spitzer was our only hope since this flare could not be seen by any other telescope on the ground or in Earth’s орбита, as the Sun was in Cancer constellation with OJ 287 and Earth being on opposite sides of it. This observation also proved that OJ 287 emits гравитационни вълни в инфрачервената дължина на вълната, както е предвидено. Съгласно тази предложена теория предизвиканото от удара изригване от OJ 287 се очаква да се случи през 2022 г.

Наблюденията на тези изригвания поставят ограничение върху „Няма теорема за косата” (5,6), който гласи, че докато черни дупки нямат истински повърхности, около тях има граница, отвъд която нищо – дори светлината – не може да избяга. Тази граница се нарича хоризонт на събитията. Тази теорема също постулира, че материята, която образува черна дупка или пада в нея, „изчезва“ зад черна дупка хоризонт на събитията и следователно е постоянно недостъпен за външни наблюдатели, което предполага, че черни дупки нямат "без коса". Едно непосредствено следствие от теоремата е, че черни дупки can be characterized completely with their маса, electric charge and intrinsic spin. According to some scientists, this outer edge of the black-hole, i.e. the event horizon, could be bumpy or irregular, thus contradicting the “No hair theorem”. However, if one has to prove the correctness of the “No hair theorem”, the only plausible explanation is that the uneven mass distribution of the large black-hole would distort the пространство around it in such a manner that it would lead to a change of path of the smaller черна дупка, и на свой ред да промените времето на черни дупки collision with the accretion disk on that particular орбита, thus causing a change in the time of appearance of the flares observed.

Както може да се очаква, черни дупки са трудни за изследване. Следователно, докато вървим напред, много повече експериментални наблюдения относно черна дупка взаимодействията с околната среда, както и с други черни дупки, трябва да бъдат проучени, преди да може да се потвърди валидността на „теоремата за липса на коса“.

***

Литература:

1. Валтонен В., Зола С., и др. 2016 г., „Завъртане на първичната черна дупка в OJ287, определено от стогодишния изригване на общата относителност“, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) № 2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
2. Abbott BP., и др. 2016. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), „Наблюдение на гравитационни вълни от сливане на двоична черна дупка“, Phys. преп. Лет. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
3. Дей Л., Валтонен М. Дж., Гопакумар А. и др 2018. „Удостоверяване на присъствието на релативистична масивна двоична черна дупка в OJ 287, използвайки нейното столетно изригване на общата относителност: подобрени орбитални параметри“, Астрофизис. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
4. Лейн С., Дей Л., и др 2020. „Наблюдения на Спицър на прогнозирания пламък на Eddington от Blazar OJ 287“. Astrophysical Journal Letters, кн. 894, № 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
5. Gürlebeck, N., 2015. „Теорема без косъм за черни дупки в астрофизични среди“, Физически писма преглед 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
6. Хокинг Стивън У. и др. 2016. Мека коса върху черните дупки. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

***