Спалахи від надмасивної бінарної чорної діри OJ 287 обмежують «теорему відсутності волосся»

НАСА Інфрачервона обсерваторія Spitzer нещодавно спостерігала спалах від гігантської подвійної системи Чорна діра системи OJ 287, в межах розрахункового інтервалу часу, передбаченого моделлю, розробленою астрофізиками. Це спостереження перевірило різні аспекти загальної теорії відносності, «теорему про відсутність волосся», і довело, що OJ 287 справді є джерелом інфрачервоного випромінювання. Гравітаційні хвилі.

Команда ОВ 287 галактика, що знаходиться в сузір’ї Рака на відстані 3.5 мільярдів світлових років від Землі, має два чорних дір – більший з більш ніж у 18 мільярдів разів маса Сонця і обертається навколо нього менший Чорна діра приблизно в 150 мільйонів разів більше сонячної маса, і вони утворюють двійковий файл Чорна діра система. Під час обертання більшого, меншого Чорна діра пробивається через величезний акреційний диск газу та пилу, що оточує його більшого супутника, створюючи спалах світла, яскравіший за трильйон Число зірок:.

Чим менше Чорна діра стикається з акреційним диском більшого двічі за кожні дванадцять років. Однак через свою неправильну довгасту орбіта (у математичній термінології називаються квазі-кепларівськими, як показано на малюнку нижче), спалахи можуть з’являтися в різний час – іноді з різницею в один рік; іноді з різницею в 10 років (1). Кілька спроб моделювання орбіта і передбачити, коли відбудуться спалахи, було безуспішним до 2010 року, коли астрофізики створили модель, яка могла передбачити їх виникнення з похибкою приблизно від одного до трьох тижнів. Точність моделі була продемонстрована шляхом прогнозування появи спалаху в грудні 2015 року з точністю до трьох тижнів.

Ще одна важлива інформація, яка пішла на створення успішної теорії двійкової системи Чорна діра система OJ 287 є тим, що надмасивна чорних дір можуть бути джерелами гравітаційні хвилі – що встановлено після експериментального спостереження за гравітаційні хвилі в 2016 році, вироблений при злитті двох надмасивних чорних дір. Передбачається, що OJ 287 буде джерелом інфрачервоного випромінювання гравітаційні хвилі (2).

У 2018 році група астрофізиків надала ще більш детальну модель і заявила, що здатна передбачити час майбутніх спалахів з точністю до кількох годин (3). Згідно з цією моделлю, наступний спалах мав статися 31 липня 2019 року, а час було передбачено з похибкою в 4.4 години. Він також передбачив яскравість спалаху, викликаного ударом, який мав відбутися під час цієї події. Подія була зафіксована та підтверджена НАСА точилка Простір Телескоп (4), який вийшов з експлуатації в січні 2020 року. Щоб спостерігати за передбаченою подією, Spitzer був нашою єдиною надією, оскільки цей спалах не міг побачити жоден інший телескоп на землі чи на Землі. орбіта, оскільки Сонце було в сузір’ї Рака з OJ 287, а Земля – на протилежних сторонах від нього. Це спостереження також довело, що OJ 287 випромінює гравітаційні хвилі в інфрачервоному випромінюванні, як і було передбачено. Відповідно до цієї запропонованої теорії спалах OJ 287, викликаний ударом, очікується в 2022 році.

Спостереження за цими спалахами накладають обмеження на «Немає теореми про волосся” (5,6), в якому зазначено, що поки чорних дір не мають справжніх поверхонь, навколо них існує межа, за яку ніщо, навіть світло, не може вирватися. Ця межа називається горизонтом подій. Ця теорема також постулює, що матерія, яка утворює чорну діру або падає в неї, «зникає» за Чорна діра горизонт подій і тому постійно недоступний для зовнішніх спостерігачів, що свідчить про те, що чорних дір не мають «волосся». Одним з безпосередніх наслідків теореми є те, що чорних дір можна охарактеризувати повністю з їх маса, електричний заряд і власний спін. На думку деяких вчених, цей зовнішній край чорної діри, тобто горизонт подій, може бути нерівним або нерегулярним, що суперечить «теоремі про відсутність волосся». Однак, якщо потрібно довести правильність «теореми про відсутність волосся», єдине правдоподібне пояснення полягає в тому, що нерівномірний розподіл маси великої чорної діри спотворить простір навколо нього таким чином, щоб це призвело до зміни шляху меншого Чорна діра, і, у свою чергу, змінити час чорна діра зіткнення з акреційним диском на цьому конкретному місці орбіта, таким чином викликаючи зміну часу появи спостережуваних спалахів.

Як можна очікувати, чорних дір важко дослідити. Отже, у міру того, як ми рухаємося вперед, буде багато інших експериментальних спостережень щодо Чорна діра Взаємодія з навколишнім середовищем, а також з іншими чорними дірами, повинні бути вивчені, перш ніж можна буде підтвердити справедливість «теореми про відсутність волосся».

***

Список використаної літератури:

1. Валтонен В., Золя С., та ін. 2016, «Спін первинної чорної діри в OJ287, визначений столітнім спалахом загальної відносності», Astrophys. J. Lett. 819 (2016) № 2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
2. Abbott BP., та ін. 2016. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), «Спостереження гравітаційних хвиль від злиття бінарної чорної діри», Phys. Преподобний Летт. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
3. Дей Л., Валтонен М. Дж., Гопакумар А. та ін 2018. «Автентифікація присутності релятивістської масивної двійкової чорної діри в OJ 287 з використанням її столітнього спалаху загальної відносності: покращені орбітальні параметри», Астрофіз. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
4. Лейн С., Дей Л., та ін 2020. «Спітцерові спостереження за прогнозованим спалахом Еддінгтона з Blazar OJ 287». Astrophysical Journal Letters, вип. 894, № 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
5. Gürlebeck, N., 2015. “Теорема без волосся для чорних дір в астрофізичних середовищах”, Physical Review Letters, 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
6. Хокінг Стівен В. та інші 2016. М'яке волосся на чорних дірах. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

***