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, situated in Cancer constellation 3.5 billion light years away from Earth, has two zwarte gaten – the larger one with over 18 billion times the massa of the Sun and orbiting this is a smaller zwart gat with about 150 million times the solar massa, and they form a binary zwart gat systeem. Terwijl ze in een baan rond de grotere draaien, de kleinere zwart gat crashes through the enormous accretion disk of gas and dust surrounding its larger companion, creating a flash of light brighter than a trillion sterren.
De kleinere zwart gat collides with the accretion disk of the larger one twice in every twelve years. However, due to its irregular oblong baan (called quasi-Keplarian in the mathematical terminology, as shown in the figure below), the flares can appear at different times – sometimes as little as one year apart; other times, as much as 10 years apart (1). Several attempts to model the baan and predicting when flares would happen were unsuccessful until in 2010, when astrophysicists created a model that could predict their occurrence with an error of about one to three weeks. The accuracy of the model was demonstrated by predicting the appearance of a flare in December 2015 to within three weeks.
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 Telescope (4), which retired in January 2020. To observe the predicted event, Spitzer was our only hope since this flare could not be seen by any other telescope on the ground or in Earth’s baan, as the Sun was in Cancer constellation with OJ 287 and Earth being on opposite sides of it. This observation also proved that OJ 287 emits 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 can be characterized completely with their massa, electric charge and intrinsic spin. According to some scientists, this outer edge of the black-hole, i.e. the event horizon, could be bumpy or irregular, thus contradicting the “No hair theorem”. However, if one has to prove the correctness of the “No hair theorem”, the only plausible explanation is that the uneven mass distribution of the large black-hole would distort the ruimte around it in such a manner that it would lead to a change of path of the smaller zwart gat, en op zijn beurt de timing van de zwarte gaten collision with the accretion disk on that particular baan, thus causing a change in the time of appearance of the flares observed.
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:
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Hawking Stephen W., et al 2016. Zacht haar op zwarte gaten. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
***
