NASA obserwatorium podczerwieni Spitzer zaobserwowało niedawno rozbłysk z gigantycznego układu podwójnego czarna dziura systemu OJ 287, w szacowanym przedziale czasu przewidzianym przez model opracowany przez astrofizyków. W ramach tej obserwacji przetestowano różne aspekty ogólnej teorii względności, „twierdzenia o braku włosów” i udowodniono, że OJ 287 rzeczywiście jest źródłem promieniowania podczerwonego Fale grawitacyjne.
Połączenia Dz.U. 287 galaktyka, położona w gwiazdozbiorze Raka, 3.5 miliarda lat świetlnych od Ziemi, ma dwa czarne dziury – większa, ponad 18 miliardów razy większa masa Słońca i krążąca wokół niego jest mniejsza czarna dziura około 150 milionów razy większa od Słońca masai tworzą one plik binarny czarna dziura system. Krążąc wokół większego, mniejszego czarna dziura rozbija się przez ogromny dysk akrecyjny gazu i pyłu otaczający swojego większego towarzysza, tworząc błysk światła jaśniejszy niż bilion gwiazdy.
Mniejsze czarna dziura zderza się z dyskiem akrecyjnym większego dwa razy na dwanaście lat. Jednak ze względu na swój nieregularny podłużny kształt orbita (w terminologii matematycznej nazywane quasi-keplarowskimi, jak pokazano na rysunku poniżej), rozbłyski mogą pojawiać się w różnym czasie – czasami w odstępie zaledwie jednego roku; innym razem nawet w odstępie 10 lat (1). Kilka prób modelowania orbita a przewidywanie, kiedy nastąpią rozbłyski, kończyło się niepowodzeniem aż do 2010 roku, kiedy astrofizycy stworzyli model, który mógł przewidzieć ich wystąpienie z błędem wynoszącym około jednego do trzech tygodni. Dokładność modelu wykazano, przewidując pojawienie się rozbłysku w grudniu 2015 r. z dokładnością do trzech tygodni.
Kolejna ważna informacja, która przyczyniła się do powstania udanej teorii układu binarnego czarna dziura system OJ 287 jest faktem, że jest supermasywny czarne dziury mogą być źródłami fale grawitacyjne – co ustalono po eksperymentalnej obserwacji fale grawitacyjne w 2016 r., wyprodukowany podczas połączenia dwóch supermasywnych czarne dziury. Przewiduje się, że źródłem podczerwieni jest OJ 287 fale grawitacyjne (2).
W 2018 roku grupa astrofizyków przedstawiła jeszcze bardziej szczegółowy model i stwierdziła, że jest w stanie przewidzieć czas przyszłych rozbłysków z dokładnością do kilku godzin (3). Według tego modelu następny rozbłysk nastąpi 31 lipca 2019 roku, a czas przewidywano z błędem 4.4 godziny. Przewidział także jasność rozbłysku wywołanego uderzeniem, który będzie miał miejsce podczas tego zdarzenia. Zdarzenie zostało uchwycone i potwierdzone przez NASA temperówka Typ przestrzeni Teleskop (4), który wycofał się z użytku w styczniu 2020 r. Aby móc obserwować przewidywane wydarzenie, naszą jedyną nadzieją był Spitzer, ponieważ tego rozbłysku nie mógł zobaczyć żaden inny teleskop na Ziemi ani w ziemskim teleskopie orbita, ponieważ Słońce znajdowało się w konstelacji Raka, a OJ 287 i Ziemia znajdowały się po przeciwnych stronach niego. Ta obserwacja dowiodła również, że OJ 287 emituje fale grawitacyjne zgodnie z przewidywaniami w zakresie podczerwieni. Zgodnie z proponowaną teorią oczekuje się, że rozbłysk wywołany uderzeniem w OJ 287 nastąpi w 2022 r.
Obserwacje tych rozbłysków ograniczyły „Brak twierdzenia o włosach” (5,6), który stwierdza, że while czarne dziury nie mają prawdziwych powierzchni, istnieje wokół nich granica, poza którą nic – nawet światło – nie może uciec. Granica ta nazywana jest horyzontem zdarzeń. Twierdzenie to postuluje także, że materia tworząca czarną dziurę lub wpadająca do niej „znika” za czarna dziura horyzont zdarzeń i dlatego jest trwale niedostępny dla zewnętrznych obserwatorów, co sugeruje czarne dziury nie mieć włosów. Bezpośrednią konsekwencją twierdzenia jest to, że czarne dziury można scharakteryzować całkowicie za ich pomocą masa, ładunek elektryczny i spin wewnętrzny. Według niektórych naukowców ta zewnętrzna krawędź czarnej dziury, czyli horyzont zdarzeń, może być wyboista lub nieregularna, co jest sprzeczne z „twierdzeniem o braku włosa”. Jeśli jednak trzeba udowodnić poprawność „twierdzenia o braku włosów”, jedynym wiarygodnym wyjaśnieniem jest to, że nierówny rozkład masy dużej czarnej dziury zniekształciłby przestrzeń wokół niego w taki sposób, aby doprowadziło to do zmiany ścieżki mniejszego czarna dziurai z kolei zmienić czas czarne dziury zderzenie z dyskiem akrecyjnym tego konkretnego orbita, powodując w ten sposób zmianę czasu pojawienia się obserwowanych rozbłysków.
Jak można się spodziewać, czarne dziury są trudne do zbadania. Dlatego w miarę postępów pojawia się coraz więcej obserwacji eksperymentalnych dotyczących czarna dziura Zanim będzie można potwierdzić słuszność „twierdzenia o braku włosów”, należy zbadać interakcje z otoczeniem, a także z innymi czarnymi dziurami.
***
Referencje:
- Valtonen V., Zola S., i wsp. 2016, „Pierwotny spin czarnej dziury w OJ287 określony przez rozbłysk stulecia Ogólnej Terapii Względności”, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) nr 2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
- Abbott BP., i wsp. 2016. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), „Obserwacja fal grawitacyjnych z binarnego połączenia czarnych dziur”, Phys. Ks. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
- Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. i wsp 2018. „Uwierzytelnianie obecności relatywistycznego, masywnego pliku binarnego czarnej dziury w OJ 287 przy użyciu jego rozbłysku stulecia ogólnej teorii względności: ulepszone parametry orbitalne”, Astrofia. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
- Laine S., Dey L., i wsp 2020. „Obserwacje Spitzera przewidywanego Eddington Flare z Blazar OJ 287”. Astrofizyczne Listy Dziennika, tom. 894, nr 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
- Gürlebeck, N., 2015. „Twierdzenie braku włosów dla czarnych dziur w środowiskach astrofizycznych”, Physical Review Letters 114 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
- Hawking Stephen W., et al 2016. Miękkie włosy na czarnych dziurach. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
***
