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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”

美国航空航天局的 斯皮策红外天文台最近观测到了巨大双星的耀斑 黑洞 系统OJ 287,在天体物理学家开发的模型预测的估计时间间隔内。这一观测测试了广义相对论的不同方面,即“无毛定理”,并证明 OJ 287 确实是红外线来源 引力波.

橙汁 287 星系位于距离地球3.5亿光年的巨蟹座,有两个 黑洞 – 较大的一个,超过 18 亿倍 质量 太阳的轨道,这是一个较小的 黑洞 约为太阳光的150亿倍 质量,并且它们形成一个二进制 黑洞 系统。在绕较大的轨道运行时,较小的轨道 黑洞 撞击其较大伴星周围的巨大气体和尘埃吸积盘,产生比万亿更亮的闪光 星星.

越小 黑洞 每十二年与较大吸积盘碰撞两次。但由于其呈不规则的长方形 轨道 (数学术语中称为准开普拉里安,如下图所示),耀斑可以在不同时间出现——有时相隔一年;其他时候,相差长达 10 年 (1)。多次尝试建模 轨道 直到 2010 年,天体物理学家创建了一个模型,可以预测耀斑的发生,误差约为一到三周。该模型的准确性通过预测 2015 年 XNUMX 月三周内耀斑的出现得到了证明。

另一个重要的信息有助于二进制理论的成功建立 黑洞 系统 OJ 287 的事实是超大质量 黑洞 可以是来源 引力波 – 这是经过实验观察后确定的 引力波 2016年,在两个超大质量行星合并过程中产生 黑洞。 OJ 287 被预测为红外线的来源 引力波 (2)。

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

2018 年,一群天体物理学家提供了一个更详细的模型,并声称能够在几个小时内预测未来耀斑的时间 (3)。根据该模型,下一次耀斑发生时间为31年2019月4.4日,预测时间误差为XNUMX小时。它还预测了该事件期间发生的撞击引起的耀斑的亮度。该事件被捕捉并确认 美国航空航天局的 斯皮策 太空 望远镜 (4),已于 2020 年 XNUMX 月退役。为了观察预测的事件,斯皮策望远镜是我们唯一的希望,因为地面或地球上的任何其他望远镜都无法看到这种耀斑 轨道,因为太阳位于巨蟹座,OJ 287 和地球位于其两侧。这一观察也证明了 OJ 287 发射 引力波 正如预测的那样,在红外波长中。根据这一提出的理论,OJ 287 撞击引发的耀斑预计将在 2022 年发生。

这些耀斑的观察结果限制了“没有头发定理” (5,6) 其中指出,虽然 黑洞 没有真正的表面,它们周围有一个边界,任何东西(甚至光)都无法逃脱。该边界称为事件视界。该定理还假设形成黑洞或落入黑洞的物质“消失”在黑洞后面 黑洞 事件视界因此外部观察者永远无法进入,这表明 黑洞 有“没有头发”。该定理的一个直接结果是 黑洞 可以完全用它们来表征 质量、电荷和本征自旋。一些科学家认为,黑洞的外缘,即事件视界,可能是凹凸不平的或不规则的,从而与“无毛定理”相矛盾。然而,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不均匀质量分布会扭曲大黑洞的质量分布。 空间 以这样的方式围绕它,这会导致较小的路径的改变 黑洞,然后依次改变时间 黑洞 与该特定吸积盘的碰撞 轨道,从而导致观测到的耀斑出现时间发生变化。

可以预料, 黑洞 很难探测。因此,随着我们的前进,更多的实验观察结果涉及 黑洞 在确认“无毛定理”的有效性之前,需要研究黑洞与周围环境以及其他黑洞的相互作用。

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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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