NASA observatorul în infraroșu Spitzer a observat recent erupția din binar gigantic gaură neagră sistem OJ 287, în intervalul de timp estimat prezis de modelul dezvoltat de astrofizicieni. Această observație a testat diferite aspecte ale relativității generale, „teorema fără păr” și a demonstrat că OJ 287 este într-adevăr o sursă de infraroșu. Valuri gravitationale.
JO 287 galaxie, situat în constelația Rac la 3.5 miliarde de ani lumină distanță de Pământ, are două găuri negre – cel mai mare cu peste 18 miliarde de ori mai mare decât masa al Soarelui și care orbitează acesta este mai mic gaură neagră cu aproximativ 150 de milioane de ori solar masa, și formează un binar gaură neagră sistem. În timp ce orbitează pe cea mai mare, cu atât mai mică gaură neagră se prăbușește prin enormul disc de acumulare de gaz și praf care înconjoară însoțitorul său mai mare, creând un fulger de lumină mai strălucitor decât un trilion stele.
Cu cât este mai mic gaură neagră se ciocnește cu discul de acreție al celui mai mare de două ori la fiecare doisprezece ani. Cu toate acestea, datorită alungitului său neregulat orbită (numite cvasi-keplariene în terminologia matematică, așa cum se arată în figura de mai jos), erupțiile pot apărea în momente diferite – uneori la o distanță de doar un an; alteori, la distanță de până la 10 ani (1). Mai multe încercări de a modela orbită și prezicerea când vor avea loc erupțiile nu a avut succes până în 2010, când astrofizicienii au creat un model care ar putea prezice apariția lor cu o eroare de aproximativ una până la trei săptămâni. Precizia modelului a fost demonstrată prin prezicerea apariției unei erupții în decembrie 2015 în termen de trei săptămâni.
O altă informație importantă care a intrat în realizarea unei teorii de succes a binarului gaură neagră sistem OJ 287 este faptul că supermasiv găuri negre pot fi surse de valuri gravitationale – care a fost stabilit după observarea experimentală a valuri gravitationale în 2016, produs în timpul fuziunii a două supermasive găuri negre. S-a estimat că JO 287 va fi sursa de infraroșu valuri gravitationale (2).
În 2018, un grup de astrofizicieni a oferit un model și mai detaliat și a susținut că poate prezice momentul viitoarelor erupții în câteva ore (3). Conform acestui model, următoarea erupție ar urma să aibă loc pe 31 iulie 2019 și timpul a fost prezis cu o eroare de 4.4 ore. De asemenea, a prezis luminozitatea erupției induse de impact care va avea loc în timpul acelui eveniment. Evenimentul a fost surprins și confirmat de NASA Spitzer Spaţiu Telescopul (4), care s-a retras în ianuarie 2020. Pentru a observa evenimentul prezis, Spitzer a fost singura noastră speranță, deoarece această erupție nu a putut fi văzută de niciun alt telescop de la sol sau de pe Pământ. orbită, deoarece Soarele se afla în constelația Rac cu OJ 287 și Pământul fiind pe părțile opuse ale acesteia. Această observație a demonstrat, de asemenea, că JO 287 emite valuri gravitationale în lungimea de undă în infraroșu, așa cum a fost prezis. Conform acestei teorii propuse, explozia indusă de impact din OJ 287 este de așteptat să aibă loc în 2022.
Observațiile acestor erupții au pus o constrângere asupra „Fără teorema părului” (5,6) care afirmă că în timp ce găuri negre nu au suprafețe adevărate, există o graniță în jurul lor dincolo de care nimic – nici măcar lumina – nu poate scăpa. Această limită se numește orizont de evenimente. Această teoremă postulează, de asemenea, că materia care formează o gaură neagră sau care cade în ea „dispare” în spatele gaură neagră orizontul evenimentelor și, prin urmare, este permanent inaccesibil observatorilor externi, sugerând că găuri negre au „fără păr”. O consecință imediată a teoremei este că găuri negre pot fi caracterizate complet cu lor masa, sarcina electrica si spin intrinsec. Potrivit unor oameni de știință, această margine exterioară a găurii negre, adică orizontul evenimentelor, ar putea fi accidentată sau neregulată, contrazicând astfel „Teorema fără păr”. Cu toate acestea, dacă trebuie să demonstrăm corectitudinea „teoremei fără păr”, singura explicație plauzibilă este că distribuția neuniformă a masei găurii negre mari ar distorsiona spaţiu în jurul ei în așa fel încât să conducă la o schimbare de cale a celui mai mic gaură neagră, și, la rândul său, modificați sincronizarea găuri negre coliziune cu discul de acreție pe acel anume orbită, determinând astfel o modificare a timpului de apariție a erupțiilor observate.
După cum se poate aștepta, găuri negre sunt greu de sondat. Prin urmare, pe măsură ce avansăm, mai multe observații experimentale cu privire la gaură neagră interacțiunile, cu mediul înconjurător, precum și cu alte găuri negre, trebuie studiate înainte de a putea confirma validitatea „teoremei fără păr”.
***
Referinte:
- Valtonen V., Zola S., et al. 2016, „Rotirea găurii negre primare în OJ287, așa cum este determinată de erupția centenară a Relativității Generale”, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) nr.2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
- Abbott BP., et al. 2016. (Colaborarea științifică LIGO și colaborarea Fecioarei), „Observarea undelor gravitaționale dintr-o fuziune a unei găuri negre binare”, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
- Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. et al 2018. „Autentificarea prezenței unui binar relativistic masiv al găurii negre în OJ 287 utilizând erupția sa centenară a relativității generale: parametri orbitali îmbunătățiți”, Astrophys. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
- Laine S., Dey L., et al 2020. „Spitzer Observations of the Predicted Eddington Flare from Blazar OJ 287”. Astrophysical Journal Letters, vol. 894, nr. 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
- Gürlebeck, N., 2015. „Teorema fără păr pentru găurile negre în medii astrofizice”, Scrisori de recenzie fizică 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
- Hawking Stephen W., et al 2016. Soft Hair on Black Holes. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
***
