NASA infračervená observatoř Spitzer nedávno pozorovala vzplanutí z gigantické dvojhvězdy černá díra systému OJ 287, v rámci odhadovaného časového intervalu předpovězeného modelem vyvinutým astrofyziky. Toto pozorování testovalo různé aspekty obecné relativity, „teorému bez vlasů“, a dokázalo, že OJ 287 je skutečně zdrojem infračerveného záření. Gravitační vlny.
Projekt Úř. Věst. 287 galaxie, který se nachází v souhvězdí Raka 3.5 miliardy světelných let daleko od Země, má dva černé díry – větší s více než 18 miliardaminásobkem hmota Slunce a obíhající kolem něj je menší černá díra s asi 150 milionkrát slunečními paprsky hmotaa tvoří dvojhvězdu černá díra Systém. Zatímco obíhá větší, tím menší černá díra prorazí obrovským akrečním diskem plynu a prachu obklopujícím jeho většího společníka a vytvoří záblesk světla jasnější než bilion hvězdy.
Menší černá díra se dvakrát za dvanáct let srazí s akrečním diskem toho většího. Ovšem kvůli svému nepravidelnému podlouhlému oběžná dráha (v matematické terminologii nazývané kvazi-keplarovské, jak je znázorněno na obrázku níže), vzplanutí se může objevit v různých časech – někdy až s odstupem jednoho roku; jindy s odstupem až 10 let (1). Několik pokusů o modelování oběžná dráha a předpovídání, kdy dojde k erupcím, bylo neúspěšné až do roku 2010, kdy astrofyzici vytvořili model, který dokázal předpovědět jejich výskyt s chybou asi jednoho až tří týdnů. Přesnost modelu byla prokázána předpovědí výskytu vzplanutí v prosinci 2015 do tří týdnů.
Další důležitá informace, která vedla k vytvoření úspěšné teorie dvojhvězdy černá díra systém OJ 287 je fakt, že supermasivní černé díry mohou být zdrojem gravitační vlny – který byl stanoven po experimentálním pozorování gravitační vlny v roce 2016, vyrobený při sloučení dvou supermasivů černé díry. Předpokládá se, že zdrojem infračerveného záření je OJ 287 gravitační vlny (2).
V roce 2018 skupina astrofyziků poskytla ještě podrobnější model a tvrdila, že je schopna předpovědět načasování budoucích vzplanutí během několika hodin (3). Podle tohoto modelu by k další erupci došlo 31. července 2019 a čas byl předpovězen s chybou 4.4 hodiny. Také předpověděl jasnost erupce vyvolané nárazem, která se odehraje během této události. Událost byla zachycena a potvrzena NASA Spitzer space Dalekohled (4), který byl vyřazen v lednu 2020. K pozorování předpovídané události byl Spitzer naší jedinou nadějí, protože tuto erupci nebylo možné spatřit žádným jiným dalekohledem na zemi ani v pozemském oběžná dráha, protože Slunce bylo v souhvězdí Raka s OJ 287 a Zemí na opačných stranách. Toto pozorování také prokázalo, že OJ 287 emituje gravitační vlny v infračervené vlnové délce, jak bylo předpovězeno. Podle této navrhované teorie se očekává, že vzplanutí vyvolané nárazem z OJ 287 nastane v roce 2022.
Pozorování těchto vzplanutí omezuje „Žádná věta o vlasech“ (5,6), který uvádí, že zatímco černé díry nemají skutečné povrchy, je kolem nich hranice, za kterou nic – ani světlo – nemůže uniknout. Tato hranice se nazývá horizont událostí. Tato věta také předpokládá, že hmota, která tvoří černou díru nebo do ní padá, „mizí“ za černá díra horizontu událostí a je tedy trvale nepřístupný pro vnější pozorovatele, což naznačuje, že černé díry nemít „vlasy“. Jedním bezprostředním důsledkem věty je, že černé díry lze charakterizovat zcela s jejich hmota, elektrický náboj a vlastní spin. Podle některých vědců může být tento vnější okraj černé díry, tj. horizont událostí, hrbolatý nebo nepravidelný, což je v rozporu s „teorémem bez vlasů“. Pokud však máme dokázat správnost „teorému bez vlasů“, jediné přijatelné vysvětlení je, že nerovnoměrné rozložení hmoty velké černé díry by narušilo prostor kolem ní takovým způsobem, že by to vedlo ke změně cesty toho menšího černá díraa následně změnit načasování černé díry kolize s akrečním diskem na tom konkrétním oběžná dráha, což způsobí změnu v době výskytu pozorovaných světlic.
Jak lze očekávat, černé díry se těžko zkoumají. Proto, jak postupujeme kupředu, mnoho dalších experimentálních pozorování týkajících se černá díra interakce s okolím a také s jinými černými dírami je třeba prostudovat, než bude možné potvrdit platnost „teorému bez vlasů“.
***
Reference:
- Valtonen V., Zola S., et al. 2016, „Primární rotace černé díry v OJ287, jak je určeno vzplanutím stého výročí obecné relativity“, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) č.2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
- Abbott BP., et al. 2016. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), “Observation of Gravitation Waves from a Binary Black Hole Merger”, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
- Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. et al 2018. “Autentifikace přítomnosti relativistické masivní černé díry binární v OJ 287 pomocí jeho obecné relativity Centenary Flare: Zlepšené orbitální parametry”, Astrofyzi. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
- Laine S., Dey L., et al 2020. “Spitzerova pozorování předpovídaného Eddingtonova vzplanutí z Blazar OJ 287”. Astrophysical Journal Letters, sv. 894, č. 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
- Gürlebeck, N., 2015. “No-hair teorém pro černé díry v astrofyzikálních prostředích”, Fyzické revizní dopisy 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
- Hawking Stephen W., et al 2016. Měkké vlasy na černých dírách. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
***
