Flares aus dem Supermassive Binary Black Hole OJ 287 schränken das „No Hair Theorem“ ein

NASA Das Infrarot-Observatorium Spitzer hat kürzlich den Flare eines gigantischen Doppelsternsystems beobachtet schwarzes Loch System OJ 287, innerhalb des geschätzten Zeitintervalls, das durch das von Astrophysikern entwickelte Modell vorhergesagt wird. Diese Beobachtung hat verschiedene Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie, das „No-Hair-Theorem“, getestet und bewiesen, dass OJ 287 tatsächlich eine Infrarotquelle ist Gravitationswellen.

Das ABl. 287 Galaxis, im Sternbild Krebs 3.5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, hat zwei Schwarze Löcher – der größere mit über 18 Milliarden Mal Masse der Sonne und deren Umlauf ist kleiner schwarzes Loch mit etwa dem 150-Millionenfachen der Sonne Masse, und sie bilden eine Binärdatei schwarzes Loch System. Während man den Größeren umkreist, den Kleinen schwarzes Loch stürzt durch die riesige Akkretionsscheibe aus Gas und Staub, die seinen größeren Begleiter umgibt, und erzeugt einen Lichtblitz, der heller als eine Billion ist Sterne.

Der kleinere schwarzes Loch kollidiert alle zwölf Jahre zweimal mit der Akkretionsscheibe des größeren. Allerdings aufgrund seiner unregelmäßigen länglichen Form Orbit (in der mathematischen Terminologie Quasi-Keplar genannt, wie in der Abbildung unten dargestellt) können die Ausbrüche zu unterschiedlichen Zeiten auftreten – manchmal im Abstand von nur einem Jahr; manchmal sogar im Abstand von bis zu 10 Jahren (1). Mehrere Versuche, das zu modellieren Orbit und die Vorhersage, wann Eruptionen auftreten würden, war erfolglos, bis Astrophysiker im Jahr 2010 ein Modell entwickelten, das ihr Auftreten mit einem Fehler von etwa ein bis drei Wochen vorhersagen konnte. Die Genauigkeit des Modells wurde dadurch demonstriert, dass das Auftreten einer Fackel im Dezember 2015 innerhalb von drei Wochen vorhergesagt wurde.

Eine weitere wichtige Information, die in die Entwicklung einer erfolgreichen Binärtheorie einfloss schwarzes Loch System OJ 287 ist die Tatsache, dass supermassiv Schwarze Löcher können Quellen sein Gravitationswellen – was nach der experimentellen Beobachtung des festgestellt wurde Gravitationswellen im Jahr 2016, entstanden bei der Verschmelzung zweier Supermassive Schwarze Löcher. Es wurde vorhergesagt, dass OJ 287 die Infrarotquelle ist Gravitationswellen (2).

Im Jahr 2018 stellte eine Gruppe von Astrophysikern ein noch detaillierteres Modell vor und behauptete, sie könne den Zeitpunkt zukünftiger Ausbrüche auf wenige Stunden genau vorhersagen (3). Nach diesem Modell würde der nächste Ausbruch am 31. Juli 2019 stattfinden und der Zeitpunkt wurde mit einem Fehler von 4.4 Stunden vorhergesagt. Es wurde auch die Helligkeit des durch den Einschlag verursachten Aufflackerns während dieses Ereignisses vorhergesagt. Das Ereignis wurde von erfasst und bestätigt NASA Spitzer Raumfahrt Teleskop (4), das im Januar 2020 außer Betrieb genommen wurde. Um das vorhergesagte Ereignis zu beobachten, war Spitzer unsere einzige Hoffnung, da dieser Flare von keinem anderen Teleskop am Boden oder auf der Erde beobachtet werden konnte Orbit, da sich die Sonne im Sternbild Krebs mit OJ 287 und der Erde auf gegenüberliegenden Seiten davon befand. Diese Beobachtung bewies auch, dass OJ 287 emittiert Gravitationswellen im Infrarotwellenlängenbereich, wie vorhergesagt. Nach dieser vorgeschlagenen Theorie wird der durch den Einschlag verursachte Ausbruch von OJ 287 voraussichtlich im Jahr 2022 stattfinden.

Die Beobachtungen dieser Flares schränken die „Kein Haarsatz” (5,6), was besagt, dass während Schwarze Löcher Sie haben keine echten Oberflächen, es gibt eine Grenze um sie herum, hinter der nichts – nicht einmal Licht – entkommen kann. Diese Grenze wird Ereignishorizont genannt. Dieser Satz postuliert auch, dass die Materie, die ein Schwarzes Loch bildet oder hineinfällt, hinter dem Schwarzen Loch „verschwindet“. schwarzes Loch Ereignishorizont und ist daher für externe Beobachter dauerhaft unzugänglich, was darauf hindeutet Schwarze Löcher habe „keine Haare“. Eine unmittelbare Konsequenz des Satzes ist, dass die Schwarze Löcher können vollständig mit ihren charakterisiert werden Masse, elektrische Ladung und intrinsischer Spin. Nach Ansicht einiger Wissenschaftler könnte dieser äußere Rand des Schwarzen Lochs, also der Ereignishorizont, holprig oder unregelmäßig sein und damit dem „Kein-Haar-Theorem“ widersprechen. Wenn man jedoch die Richtigkeit des „Kein-Haar-Theorems“ beweisen muss, ist die einzig plausible Erklärung, dass die ungleichmäßige Massenverteilung des großen Schwarzen Lochs das verzerren würde Raum um ihn so herum, dass es zu einer Wegänderung des Kleinen führen würde schwarzes Loch, und wiederum das Timing ändern Schwarze Löcher Kollision mit der Akkretionsscheibe auf diesem bestimmten OrbitDies führt zu einer Änderung des Zeitpunkts des Auftretens der beobachteten Fackeln.

Wie zu erwarten ist, Schwarze Löcher sind schwer zu ergründen. Daher werden wir im weiteren Verlauf noch viele weitere experimentelle Beobachtungen dazu machen schwarzes Loch Wechselwirkungen, sowohl mit der Umgebung als auch mit anderen Schwarzen Löchern, müssen untersucht werden, bevor man die Gültigkeit des „No-Hair-Theorems“ bestätigen kann.

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References:

1. Valtonen V., Zola S., et al. 2016, „Primary Black Hole Spin in OJ287, wie durch die Allgemeine Relativitätstheorie Centenary Flare bestimmt“, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) Nr. 2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
2. Abbott BP., et al. 2016. (LIGO Scientific Collaboration und Virgo Collaboration), „Beobachtung von Gravitationswellen aus einer Verschmelzung binärer Schwarzer Löcher“, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
3. Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. et al 2018. "Authentifizierung der Anwesenheit eines relativistischen massereichen Schwarzen Lochs in OJ 287 unter Verwendung seines hundertjährigen Flare der Allgemeinen Relativitätstheorie: Verbesserte Orbitalparameter", Astrophie. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
4. 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
5. Gürlebeck, N., 2015. „No-Hair Theorem for Black Holes in Astrophysical Environments“, Physical Review Letters 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
6. Hawking Stephen W., et al. 2016. Weiches Haar auf Schwarzen Löchern. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

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