Инфракрасная обсерватория НАСА «Спитцер» недавно наблюдала вспышку гигантской двойной системы черных дыр OJ 287 в пределах предполагаемого временного интервала, предсказанного моделью, разработанной астрофизиками. Это наблюдение проверило различные аспекты общей теории относительности, «теорему об отсутствии волос» и доказало, что OJ 287 действительно является источником инфракрасных гравитационных волн.
Цена на ОЖ 287 Галактика, расположенная в созвездии Рака на расстоянии 3.5 миллиарда световых лет от Земли, имеет две черные дыры - большая, масса которой более чем в 18 миллиардов раз больше массы Солнца, и вращающаяся вокруг нее черная дыра меньшего размера, масса которой примерно в 150 миллионов раз больше солнечной, и они образуют двойную систему черных дыр. Обращаясь по орбите к большему, меньшая черная дыра врезается в огромный аккреционный диск из газа и пыли, окружающий своего более крупного спутника, создавая вспышку света ярче, чем триллион звезд.
Черная дыра меньшего размера сталкивается с аккреционным диском большей дважды за каждые двенадцать лет. Однако из-за неправильной продолговатой орбиты (называемой в математической терминологии квазикепларианской, как показано на рисунке ниже) вспышки могут появляться в разное время - иногда с интервалом всего один год; в других случаях с разницей в 10 лет (1). Несколько попыток смоделировать орбиту и предсказать, когда произойдут вспышки, были безуспешными до 2010 года, когда астрофизики создали модель, которая могла предсказать их возникновение с ошибкой примерно от одной до трех недель. Точность модели была продемонстрирована путем предсказания появления вспышки в декабре 2015 года с точностью до трех недель.
Еще одна важная информация, которая вошла в создание успешной теории двойной системы черных дыр OJ 287, - это тот факт, что сверхмассивные черные дыры могут быть источниками гравитационных волн, что было установлено после экспериментального наблюдения гравитационных волн в 2016 году. образовался при слиянии двух сверхмассивных черных дыр. OJ 287 был предсказан как источник инфракрасных гравитационных волн (2).
В 2018 году группа астрофизиков представила еще более подробную модель и заявила, что может предсказать время будущих вспышек с точностью до нескольких часов (3). Согласно этой модели, следующая вспышка произойдет 31 июля 2019 г., и время было предсказано с ошибкой в 4.4 часа. Он также предсказал яркость вызванной ударом вспышки, которая произойдет во время этого события. Событие было зафиксировано и подтверждено космическим телескопом НАСА Спитцер (4), который вышел на пенсию в январе 2020 года. Наблюдать за предсказанным событием Спитцер был нашей единственной надеждой, поскольку эту вспышку нельзя было увидеть никаким другим телескопом на Земле или на орбите Земли. , поскольку Солнце было в созвездии Рака, а Земля - по разные стороны от него. Это наблюдение также доказало, что OJ 287 излучает гравитационные волны в инфракрасном диапазоне, как и предсказывалось. В соответствии с этой предложенной теорией ожидается, что ударная вспышка от OJ 287 произойдет в 287 году.
Наблюдения за этими вспышками накладывают ограничение на «Теорема об отсутствии волос”(5,6), в котором говорится, что, хотя черные дыры не имеют истинных поверхностей, вокруг них есть граница, за которую ничто - даже свет - не может выйти. Эта граница называется горизонтом событий. Эта теорема также постулирует, что материя, которая образует черную дыру или падает в нее, «исчезает» за горизонтом событий черной дыры и, следовательно, постоянно недоступна для внешних наблюдателей, предполагая, что черные дыры «не имеют волос». Одним из непосредственных следствий теоремы является то, что черные дыры можно полностью охарактеризовать по их массе, электрическому заряду и собственному спину. По мнению некоторых ученых, этот внешний край черной дыры, то есть горизонт событий, мог быть неровным или неровным, что противоречит «теореме об отсутствии волос». Однако, если кто-то должен доказать правильность «теоремы об отсутствии волос», единственное правдоподобное объяснение состоит в том, что неравномерное распределение массы большой черной дыры исказит пространство вокруг нее таким образом, что это приведет к изменению пути меньшей черной дыры, и, в свою очередь, изменить время столкновения черной дыры с аккреционным диском на этой конкретной орбите, что приведет к изменению времени появления наблюдаемых вспышек.
Как и следовало ожидать, черных дыр трудно исследовать. Следовательно, по мере продвижения вперед необходимо изучить еще много экспериментальных наблюдений, касающихся взаимодействия черных дыр с окружающей средой, а также с другими черными дырами, прежде чем можно будет подтвердить справедливость «теоремы об отсутствии волос».
Ссылки:
- Валтонен В., Золя С., и др.. 2016, «Вращение первичной черной дыры в OJ287, определенное столетней вспышкой Общей теории относительности», Astrophys. J. Lett. 819 (2016) №2, Л37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
- Эббот БП., и др.. 2016. (Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Virgo), «Наблюдение за гравитационными волнами от слияния двойных черных дыр», Phys. Преподобный Летт. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
- Дей Л., Валтонен М.Дж., Гопакумар А. и др. 2018. «Подтверждение наличия релятивистской массивной двойной двойной дыры в OJ 287 с использованием ее столетней вспышки в соответствии с Общей теорией относительности: улучшенные параметры орбиты», Астрофиз. Дж. 866, 11 (2018 г.). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
- Лайне С., Дей Л., и др. 2020. «Наблюдения спутником Spitzer прогнозируемой вспышки Эддингтона от Blazar OJ 287». Письма астрофизического журнала, т. 894, № 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
- Гюрлебек, Н., 2015. «Теорема об отсутствии волос для черных дыр в астрофизических средах», Physical Review Letters, 114, 151102 (2015). ДОИ: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
- Хокинг Стивен В. и др. 2016. Мягкие волосы на черных дырах. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
