НАСА инфрачервена обсерватория Spitzer наскоро наблюдава изригването от гигантска двойна система 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, разположен в съзвездието Рак на 3.5 милиарда светлинни години от Земята, има две черни дупки – по-големият с над 18 милиарда пъти маса на Слънцето и орбитата около това е по-малка черна дупка с около 150 милиона пъти повече от слънцето маса, и те образуват двоичен файл черна дупка система. Докато обикаля по-големия, по-малкия черна дупка се разбива през огромния акреционен диск от газ и прах, заобикалящ по-големия му спътник, създавайки светкавица от светлина, по-ярка от трилион звезди.
По-малките черна дупка се сблъсква с акреционния диск на по-големия два пъти на всеки дванадесет години. Въпреки това, поради неправилната си продълговата орбита (наричани квази-кепларови в математическата терминология, както е показано на фигурата по-долу), изригванията могат да се появят по различно време – понякога с разлика от една година; друг път с разлика от 10 години (1). Няколко опита за моделиране на орбита и прогнозирането кога ще се случат изригвания бяха неуспешни до 2010 г., когато астрофизиците създадоха модел, който можеше да предскаже появата им с грешка от около една до три седмици. Точността на модела беше демонстрирана чрез прогнозиране на появата на изригване през декември 2015 г. с точност до три седмици.
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).
През 2018 г. група астрофизици предостави още по-подробен модел и заяви, че може да предскаже времето на бъдещите изригвания в рамките на няколко часа (3). Според този модел следващото изригване щеше да се случи на 31 юли 2019 г. и времето беше прогнозирано с грешка от 4.4 часа. Той също така прогнозира яркостта на предизвиканото от удара изригване, което ще се случи по време на това събитие. Събитието е заснето и потвърдено от НАСА Spitzer Космос Телескоп (4), който се пенсионира през януари 2020 г. За да наблюдаваме прогнозираното събитие, Spitzer беше единствената ни надежда, тъй като това изригване не можеше да бъде видяно от никой друг телескоп на земята или на Земята орбита, тъй като Слънцето беше в съзвездието Рак с OJ 287 и Земята беше от противоположните му страни. Това наблюдение също доказа, че ОВ 287 излъчва 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 може да се характеризира напълно с техните маса, електрически заряд и присъщо въртене. Според някои учени този външен ръб на черната дупка, т.е. хоризонтът на събитията, може да бъде неравен или неправилен, което противоречи на „теоремата за липсата на коса“. Въпреки това, ако трябва да се докаже правилността на "теоремата за липса на коса", единственото правдоподобно обяснение е, че неравномерното разпределение на масата на голямата черна дупка би изкривило пространство около него по такъв начин, че да доведе до промяна на пътя на по-малкия черна дупка, и на свой ред да промените времето на черни дупки сблъсък с акреционния диск върху това конкретно орбита, като по този начин причинява промяна във времето на поява на наблюдаваните факли.
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:
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Хокинг Стивън У. и др. 2016. Мека коса върху черните дупки. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
***
