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来自超大质量双黑洞 OJ 287 的耀斑限制了“无毛定理”

科学天文学与空间科学来自超大质量双黑洞 OJ 287 的耀斑限制了“无毛定理”

美国宇航局的红外天文台斯皮策最近在天体物理学家开发的模型预测的估计时间间隔内观测到了来自巨大双黑洞系统 OJ 287 的耀斑。 这一观察结果测试了广义相对论的不同方面,即“无毛定理”,并证明 OJ 287 确实是红外线引力波的来源。

新的 橙汁 287 银河系位于距离地球 3.5 亿光年的巨蟹座,有两个黑洞——较大的一个黑洞质量超过太阳的 18 亿倍,围绕这个黑洞运行的是一个较小的黑洞,质量约为太阳质量的 150 亿倍,并且它们形成了一个双黑洞系统。 在绕着较大的黑洞运行时,较小的黑洞会撞穿其较大的伴星周围巨大的气体和尘埃吸积盘,产生比一万亿颗恒星还要亮的闪光。

较小的黑洞每十二年与较大的吸积盘相撞两次。 然而,由于其不规则的椭圆形轨道(数学术语中称为准开普勒星,如下图所示),耀斑可能出现在不同的时间——有时仅相隔一年; 其他时候,最多相隔 10 年 (1)。 直到 2010 年,天体物理学家创建了一个模型,该模型可以预测它们的发生,误差约为一到三周,因此多次尝试模拟轨道并预测耀斑何时发生。 通过预测 2015 年 XNUMX 月至三周内出现耀斑,证明了该模型的准确性。

另一个促成双黑洞系统 OJ 287 成功理论的重要信息是超大质量黑洞可以成为引力波的来源——这是在 2016 年对引力波的实验观测后确定的,在两个超大质量黑洞合并过程中产生的。 OJ 287 已被预测为红外线引力波的来源 (2)。

图显示了 OJ287 较小 BH 在 2000 年和 2023 年期间的轨道(1),(3)。

2018 年,一组天体物理学家提供了一个更详细的模型,并声称能够将未来耀斑的时间预测到几个小时内 (3)。 根据该模型,下一次耀斑将发生在 31 年 2019 月 4.4 日,时间预测误差为 4 小时。 它还预测了在该事件期间发生的撞击引起的耀斑的亮度。 该事件被美国宇航局的斯皮策太空望远镜 (2020) 捕获并证实,该望远镜于 287 年 287 月退役。为了观察预测的事件,斯皮策是我们唯一的希望,因为地面或地球轨道上的任何其他望远镜都无法看到这种耀斑,因为太阳位于巨蟹座,OJ 287 和地球位于它的两侧。 这一观察结果还证明,正如预测的那样,OJ 2022 会发出红外波长的引力波。 根据这一提议的理论,OJ XNUMX 的撞击引发的耀斑预计将在 XNUMX 年发生。

这些耀斑的观察结果限制了“没有头发定理” (5,6) 指出,虽然黑洞没有真正的表面,但在它们周围有一个边界,任何东西——甚至光——都无法逃脱。 这个边界称为事件视界。 该定理还假设形成黑洞或落入黑洞的物质“消失”在黑洞事件视界后面,因此外部观察者永远无法接近,这表明黑洞“没有头发”。 该定理的一个直接结果是黑洞可以完全用它们的质量、电荷和内在自旋来表征。 根据一些科学家的说法,黑洞的这个外边缘,即事件视界,可能是颠簸的或不规则的,因此与“无毛定理”相矛盾。 但是,如果要证明“无毛定理”的正确性,唯一合理的解释是,大黑洞的质量分布不均会扭曲其周围的空间,从而导致变化较小黑洞的路径,进而改变黑洞与该特定轨道上吸积盘碰撞的时间,从而导致观测到的耀斑出现时间发生变化。

可以预料, 黑洞 很难探查。 因此,随着我们的前进,在证实“无毛定理”的有效性之前,需要研究更多关于黑洞与周围环境以及与其他黑洞相互作用的实验观察。

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参考文献:

  1. Valtonen V.,佐拉 S., . 2016 年,“广义相对论百年耀斑确定的 OJ287 中的主要黑洞自旋”,天体物理学。 J.莱特。 819 (2016) no.2, L37。 DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
  2. 雅培 BP., . 2016. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), “Observation of Gravitational Wave from a Binary Black Hole Merger”, Phys. 牧师莱特。 116, 061102 (2016)。 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
  3. Dey L.、Valtonen MJ.、Gopakumar A.  2018. “使用广义相对论百年耀斑验证 OJ 287 中相对论性大质量黑洞双星的存在:改进的轨道参数”, 天体。 J. 866, 11 (2018)。 DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
  4. 莱恩 S.,戴伊 L.,  2020 年。“斯皮策对 Blazar OJ 287 预测的爱丁顿耀斑的观测”。 天体物理学杂志快报,卷。 894,第 1 号(2020 年)。 DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
  5. Gürlebeck, N.,2015。“天体物理环境中黑洞的无毛定理”, “物理评论快报” 114, 151102 (2015)。 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
  6. 霍金 Stephen W. 等人 2016 年。黑洞上的软毛。 https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

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沙玛依塔雷博士
沙玛依塔雷博士
空间物理实验室,VSSC,特里凡得琅,印度。

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