Supermasīvā binārā melnā cauruma uzliesmojumi OJ 287 ierobežo teorēmu bez matiem.

NASA infrasarkano staru observatorija Spitzer nesen novēroja uzliesmojumu no gigantiska bināra melnais caurums sistēma OJ 287, aptuvenajā laika intervālā, ko paredz astrofiziķu izstrādātais modelis. Šis novērojums ir pārbaudījis dažādus vispārējās relativitātes teorijas aspektus un pierādījis, ka OJ 287 patiešām ir infrasarkanā starojuma avots. Gravitācijas viļņi.

Jūsu darbs IR Klientu apkalpošana OV 287 galaktika, kas atrodas Vēža zvaigznājā 3.5 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes, ir divi melnie caurumi – lielākais ar vairāk nekā 18 miljardiem reižu masa no Saules un riņķo ap to ir mazāks melnais caurums ar aptuveni 150 miljoniem reižu vairāk nekā Saule masa, un tie veido bināru melnais caurums sistēma. Orbītā pa lielāko, jo mazāko melnais caurums ietriecas cauri milzīgajam gāzes un putekļu uzkrāšanās diskam, kas ieskauj savu lielāko pavadoni, radot gaismas zibspuldzi, kas ir spilgtāka par triljonu zvaigznes.

Jo mazāks melnais caurums divreiz divpadsmit gados saduras ar lielākās akrecijas disku. Tomēr tā neregulāras iegarenas dēļ orbīta (matemātikas terminoloģijā saukts par kvazikeplārisku, kā parādīts attēlā zemāk), uzliesmojumi var parādīties dažādos laikos – dažreiz ar viena gada starpību; citreiz ar 10 gadu starpību (1). Vairāki mēģinājumi modelēt orbīta un prognozēt, kad uzliesmojumi notiks, bija neveiksmīgi līdz 2010. gadam, kad astrofiziķi izveidoja modeli, kas varēja paredzēt to rašanos ar aptuveni vienas līdz trīs nedēļu kļūdu. Modeļa precizitāte tika demonstrēta, prognozējot uzliesmojuma parādīšanos 2015. gada decembrī trīs nedēļu laikā.

Vēl viena svarīga informācija, kas tika izmantota veiksmīgas binārās teorijas veidošanā melnais caurums sistēma OV 287 ir fakts, ka supermassive melnie caurumi var būt avoti gravitācijas viļņi – kas ir konstatēts pēc eksperimentālas novērošanas gravitācijas viļņi 2016. gadā, kas ražots divu supermasīvu apvienošanas laikā melnie caurumi. Tiek prognozēts, ka OV 287 ir infrasarkanā starojuma avots gravitācijas viļņi (2).

2018. gadā astrofiziķu grupa sniedza vēl detalizētāku modeli un apgalvoja, ka spēj paredzēt turpmāko uzliesmojumu laiku dažu stundu laikā (3). Saskaņā ar šo modeli nākamais uzliesmojums notiktu 31. gada 2019. jūlijā, un laiks tika prognozēts ar 4.4 stundu kļūdu. Tas arī paredzēja trieciena izraisītā uzliesmojuma spilgtumu šī notikuma laikā. Notikumu iemūžināja un apstiprināja NASA Spitzer telpa Teleskops (4), kura darbība tika pārtraukta 2020. gada janvārī. Novērot paredzamo notikumu, Spicers bija mūsu vienīgā cerība, jo šo uzliesmojumu nevarēja redzēt ne ar vienu citu teleskopu uz zemes vai uz Zemes. orbīta, jo Saule atradās Vēža zvaigznājā, OJ 287 un Zeme atrodas pretējās tā pusēs. Šis novērojums arī pierādīja, ka OV 287 emitē gravitācijas viļņi infrasarkanajā viļņa garumā, kā paredzēts. Saskaņā ar šo ierosināto teoriju ir paredzams, ka ietekmes izraisītais uzliesmojums no OV 287 notiks 2022. gadā.

Šo uzliesmojumu novērojumi ierobežo "Nav matu teorēmas” (5,6), kurā teikts, ka kamēr melnie caurumi nav īstu virsmu, ap tām ir robeža, aiz kuras nekas – pat ne gaisma – nevar izkļūt. Šo robežu sauc par notikumu horizontu. Šī teorēma arī postulē, ka matērija, kas veido melno caurumu vai iekrīt tajā, “pazūd” aiz melnais caurums notikumu horizonts un tāpēc ārējiem novērotājiem tas ir pastāvīgi nepieejams, kas liecina par to melnie caurumi ir "nav matu". Viena no tūlītējām teorēmas sekām ir tāda, ka melnie caurumi var raksturot pilnībā ar viņu masa, elektriskais lādiņš un iekšējais spins. Pēc dažu zinātnieku domām, šī melnā cauruma ārējā mala, ti, notikumu horizonts, varētu būt bedrains vai neregulārs, tādējādi nonākot pretrunā ar teorēmu “Bez matu”. Tomēr, ja jāpierāda teorēmas “Bez matiem” pareizība, vienīgais ticamais izskaidrojums ir tas, ka lielā melnā cauruma nevienmērīgais masas sadalījums izkropļo telpa ap to tādā veidā, ka tas novestu pie mazākā ceļa maiņas melnais caurums, un savukārt mainīt laiku melnais caurums sadursme ar akrecijas disku šajā konkrētajā orbīta, tādējādi izraisot izmaiņas novēroto uzliesmojumu parādīšanās laikā.

Kā var sagaidīt, melnie caurumi ir grūti pārbaudīt. Tāpēc, virzoties uz priekšu, ir daudz vairāk eksperimentālu novērojumu melnais caurums Mijiedarbība ar apkārtni, kā arī ar citiem melnajiem caurumiem ir jāizpēta, pirms var apstiprināt teorēmas “Bez matu” pamatotību.

***

Norādes:

1. Valtonens V., Zola S., un citi. 2016, “Primārā melnā cauruma griešanās OJ287, kā noteikts vispārējās relativitātes simtgades uzliesmojumā”, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) nr.2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
2. Abbott BP., un citi. 2016. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), “Gravitācijas viļņu novērošana no binārā melnā cauruma saplūšanas”, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
3. Dejs L., Valtonens MJ., Gopakumars A. un citi 2018. “Relativistiska masīva melnā cauruma bināra klātbūtnes autentifikācija OJ 287, izmantojot tās vispārējās relativitātes simtgades uzliesmojumu: uzlaboti orbitālie parametri”. Astrofija. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
4. Laine S., Deja L., un citi 2020. “Spitzer Observations of the Predicted Eddington Flare from Blazar OJ 287”. Astrophysical Journal Letters, sēj. 894, Nr.1 ​​(2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
5. Gürlebeck, N., 2015. “No-hair Theorem for Black Holes in Astrophysical Environments”, Fiziskā Review Letters 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
6. Hokings Stīvens V., et al, 2016. Mīkstie mati uz melnajiem caurumiem. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

***