Fakkels van het superzware binaire zwarte gat OJ 287 leggen beperkingen op aan de "No Hair Theorem"

NASA's infrarood observatorium Spitzer heeft onlangs de uitbarsting van een gigantische dubbelster waargenomen zwart gat systeem PB 287, binnen het geschatte tijdsinterval voorspeld door het door astrofysici ontwikkelde model. Deze waarneming heeft verschillende aspecten van de algemene relativiteitstheorie, het “Geen-haar-theorema”, getest en bewezen dat PB 287 inderdaad een bron van infraroodstraling is. Zwaartekrachtgolven.

De PB 287 melkweg, gelegen in het sterrenbeeld Kreeft op 3.5 miljard lichtjaar afstand van de aarde, heeft er twee zwarte gaten – de grotere met meer dan 18 miljard keer zoveel massa van de zon en in een baan hieromheen is een kleinere zwart gat met ongeveer 150 miljoen maal zoveel zonne-energie massa, en ze vormen een binair getal zwart gat systeem. Terwijl ze in een baan rond de grotere draaien, de kleinere zwart gat botst door de enorme accretieschijf van gas en stof die zijn grotere metgezel omringt, waardoor een lichtflits ontstaat die helderder is dan een biljoen sterren.

De kleinere zwart gat botst tweemaal per twaalf jaar met de accretieschijf van de grotere. Echter vanwege zijn onregelmatige langwerpige vorm baan (in de wiskundige terminologie quasi-Keplarisch genoemd, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding), kunnen de uitbarstingen op verschillende tijdstippen verschijnen – soms slechts een jaar na elkaar; andere keren, met een tussenpoos van wel tien jaar (10). Verschillende pogingen om de baan en voorspellen wanneer uitbarstingen zouden plaatsvinden, waren niet succesvol totdat astrofysici in 2010 een model creëerden dat het optreden ervan kon voorspellen met een fout van ongeveer één tot drie weken. De nauwkeurigheid van het model werd aangetoond door het verschijnen van een uitbarsting in december 2015 tot binnen drie weken te voorspellen.

Nog een belangrijk stukje informatie dat heeft bijgedragen aan het maken van een succesvolle binaire theorie zwart gat systeem PB 287 is het feit dat supermassief zwarte gaten bronnen van kunnen zijn zwaartekrachtgolven – die is vastgesteld na de experimentele observatie van de zwaartekrachtgolven in 2016, geproduceerd tijdens het samenvoegen van twee superzware zwarte gaten. Er wordt voorspeld dat PB 287 de bron van infrarood zal zijn zwaartekrachtgolven (2).

In 2018 kwam een ​​groep astrofysici met een nog gedetailleerder model en beweerden ze de timing van toekomstige uitbarstingen tot binnen enkele uren te kunnen voorspellen (3). Volgens dit model zou de volgende uitbarsting plaatsvinden op 31 juli 2019 en werd de tijd voorspeld met een fout van 4.4 uur. Het voorspelde ook de helderheid van de door de inslag veroorzaakte uitbarsting die tijdens die gebeurtenis zou plaatsvinden. De gebeurtenis werd vastgelegd en bevestigd door NASA's Spitzer Tussenruimte Telescoop (4), die in januari 2020 met pensioen ging. Om de voorspelde gebeurtenis waar te nemen was Spitzer onze enige hoop, aangezien deze vlam door geen enkele andere telescoop op de grond of in het aardoppervlak kon worden waargenomen. baan, aangezien de zon in het sterrenbeeld Kreeft stond met OJ 287 en de aarde aan weerszijden ervan. Deze waarneming bewees ook dat PB 287 uitstoot zwaartekrachtgolven in de infrarode golflengte, zoals voorspeld. Volgens deze voorgestelde theorie zal de door de impact veroorzaakte uitbarsting van PB 287 naar verwachting in 2022 plaatsvinden.

De waarnemingen van deze fakkels leggen een beperking op de “Geen haarstelling'(5,6), waarin staat dat terwijl zwarte gaten hebben geen echte oppervlakken, er is een grens om hen heen waarbuiten niets – zelfs licht niet – kan ontsnappen. Deze grens wordt de gebeurtenishorizon genoemd. Deze stelling stelt ook dat de materie die een zwart gat vormt of erin valt, ‘verdwijnt’ achter de zwart gat gebeurtenishorizon en is daarom permanent ontoegankelijk voor externe waarnemers, wat erop wijst dat zwarte gaten heb “geen haar”. Een onmiddellijk gevolg van de stelling is dat de zwarte gaten kan volledig worden gekarakteriseerd met hun massa, elektrische lading en intrinsieke spin. Volgens sommige wetenschappers zou deze buitenrand van het zwarte gat, dat wil zeggen de waarnemingshorizon, hobbelig of onregelmatig kunnen zijn, wat in tegenspraak is met de 'Geen haar-stelling'. Als men echter de juistheid van de “Geen haar-stelling” moet bewijzen, is de enige plausibele verklaring dat de ongelijkmatige massaverdeling van het grote zwarte gat de ruimte eromheen op zo'n manier dat het zou leiden tot een verandering van pad voor de kleinere zwart gat, en op zijn beurt de timing van de zwarte gaten botsing met de accretieschijf op dat specifieke punt baan, waardoor een verandering ontstaat in het tijdstip waarop de waargenomen fakkels verschijnen.

Zoals te verwachten is, zwarte gaten zijn moeilijk te onderzoeken. Daarom zullen er, naarmate we verder komen, nog veel meer experimentele observaties volgen zwart gat interacties, zowel met de omgeving als met andere zwarte gaten, moeten worden bestudeerd voordat men de geldigheid van de ‘Geen haar-stelling’ kan bevestigen.

***

Referenties:

1. Valtonen V., Zola S., c.s.. 2016, "Primaire zwarte gat-spin in OJ287 zoals bepaald door de honderdjarige uitbarsting van de algemene relativiteitstheorie", Astrophys. J. Let. 819 (2016) nr.2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
2. Abbott BP., c.s.. 2016. (LIGO Scientific Collaboration en Virgo Collaboration), "Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger", Phys. ds. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
3. Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. c.s. 2018. "Authenticatie van de aanwezigheid van een relativistisch massief zwart-gat-binair getal in PB 287 met behulp van de algemene relativiteitstheorie van honderd jaar: verbeterde orbitale parameters", Astrofysica. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
4. Laine S., Dey L., c.s. 2020. "Spitzer-waarnemingen van de voorspelde Eddington-uitbarsting van 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-stelling voor zwarte gaten in astrofysische omgevingen", Physical Review Letters 114 (151102). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
6. Hawking Stephen W., et al 2016. Zacht haar op zwarte gaten. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

***