NASA Balai cerap inframerah Spitzer baru-baru ini memerhatikan suar daripada binari gergasi lubang hitam sistem OJ 287, dalam jangka masa selang masa yang diramalkan oleh model yang dibangunkan oleh ahli astrofizik. Pemerhatian ini telah menguji pelbagai aspek Relativiti Am, "Teorem Tanpa rambut", dan membuktikan bahawa OJ 287 sememangnya merupakan sumber inframerah. Gelombang graviti.
. OJ 287 galaksi, terletak dalam buruj Kanser 3.5 bilion tahun cahaya dari Bumi, mempunyai dua lubang hitam – yang lebih besar dengan lebih 18 bilion kali ganda besar-besaran Matahari dan mengorbit ini adalah lebih kecil lubang hitam dengan kira-kira 150 juta kali ganda suria besar-besaran, dan mereka membentuk binari lubang hitam sistem. Semasa mengorbit yang lebih besar, lebih kecil lubang hitam terhempas melalui cakera pertambahan besar gas dan habuk yang mengelilingi rakannya yang lebih besar, menghasilkan kilatan cahaya yang lebih terang daripada satu trilion bintang.
Lebih kecil lubang hitam berlanggar dengan cakera pertambahan yang lebih besar dua kali dalam setiap dua belas tahun. Namun, disebabkan bujurnya yang tidak teratur orbit (dipanggil kuasi-Keplarian dalam terminologi matematik, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah), suar boleh muncul pada masa yang berbeza - kadangkala selang satu tahun; masa lain, selang 10 tahun (1). Beberapa percubaan untuk memodelkan orbit dan meramalkan bila suar akan berlaku tidak berjaya sehingga pada tahun 2010, apabila ahli astrofizik mencipta model yang boleh meramalkan kejadiannya dengan ralat kira-kira satu hingga tiga minggu. Ketepatan model itu ditunjukkan dengan meramalkan kemunculan suar pada Disember 2015 hingga dalam tempoh tiga minggu.
Satu lagi maklumat penting yang digunakan untuk membuat teori binari yang berjaya lubang hitam sistem OJ 287 adalah hakikat bahawa supermasif lubang hitam boleh menjadi sumber gelombang graviti – yang telah ditubuhkan selepas pemerhatian eksperimen terhadap gelombang graviti pada 2016, dihasilkan semasa penggabungan dua supermasif lubang hitam. OJ 287 telah diramalkan sebagai sumber inframerah gelombang graviti (2).
Pada tahun 2018, sekumpulan ahli astrofizik menyediakan model yang lebih terperinci, dan mendakwa dapat meramalkan masa suar masa depan dalam beberapa jam (3). Menurut model ini, suar seterusnya akan berlaku pada 31 Julai 2019 dan masa diramalkan dengan ralat 4.4 jam. Ia juga meramalkan kecerahan suar akibat kesan akan berlaku semasa acara itu. Peristiwa itu dirakam dan disahkan oleh NASA Spitzer Ruang Teleskop (4), yang bersara pada Januari 2020. Untuk memerhatikan peristiwa yang diramalkan, Spitzer adalah satu-satunya harapan kami kerana suar ini tidak dapat dilihat oleh mana-mana teleskop lain di atas tanah atau di Bumi. orbit, kerana Matahari berada dalam buruj Kanser dengan OJ 287 dan Bumi berada di sisi bertentangan dengannya. Pemerhatian ini juga membuktikan bahawa OJ 287 memancarkan gelombang graviti dalam panjang gelombang inframerah, seperti yang diramalkan. Menurut teori yang dicadangkan ini, suar akibat kesan daripada OJ 287 dijangka berlaku pada 2022.
Pemerhatian terhadap suar ini meletakkan kekangan pada "Tiada teorem rambut” (5,6) yang menyatakan bahawa manakala lubang hitam tidak mempunyai permukaan yang benar, terdapat sempadan di sekelilingnya yang tidak boleh dilepaskan – malah cahaya sekalipun. Sempadan ini dipanggil ufuk peristiwa. Teorem ini juga menyatakan bahawa perkara yang membentuk lubang hitam atau jatuh ke dalamnya "hilang" di belakang lubang hitam ufuk peristiwa dan oleh itu tidak boleh diakses secara kekal kepada pemerhati luar, menunjukkan bahawa lubang hitam tidak mempunyai "rambut". Satu akibat segera daripada teorem itu ialah lubang hitam boleh dicirikan sepenuhnya dengan mereka besar-besaran, cas elektrik dan putaran intrinsik. Menurut sesetengah saintis, pinggir luar lubang hitam ini, iaitu ufuk peristiwa, boleh beralun atau tidak teratur, sekali gus bercanggah dengan "Teorem Tiada rambut". Walau bagaimanapun, jika seseorang perlu membuktikan ketepatan "Teorem Tiada rambut", satu-satunya penjelasan yang munasabah ialah taburan jisim lubang hitam besar yang tidak sekata akan memesongkan ruang mengelilinginya sedemikian rupa sehingga ia akan membawa kepada perubahan laluan yang lebih kecil lubang hitam, dan seterusnya menukar masa lubang hitam perlanggaran dengan cakera pertambahan pada bahagian itu orbit, dengan itu menyebabkan perubahan dalam masa penampilan suar yang diperhatikan.
Seperti yang boleh dijangka, lubang hitam sukar untuk disiasat. Oleh itu, semasa kita bergerak ke hadapan, banyak lagi pemerhatian eksperimen mengenai lubang hitam interaksi, dengan persekitaran serta dengan lubang hitam lain, perlu dikaji sebelum seseorang boleh mengesahkan kesahihan "Teorem Tiada rambut".
***
Rujukan:
- Valtonen V., Zola S., et al. 2016, "Putaran lubang hitam utama dalam OJ287 seperti yang ditentukan oleh suar keseratus Relativiti Am", Astrophys. J. Lett. 819 (2016) no.2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
- Abbott BP., et al. 2016. (Kolaborasi Saintifik LIGO dan Kolaborasi Virgo), "Pemerhatian Gelombang Graviti daripada Penggabungan Lubang Hitam Binari", Fizik. Rev. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
- Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. et al 2018. "Mengesah Kehadiran Perduaan Lubang Hitam Besar-besaran Relativistik dalam OJ 287 Menggunakan Nyalaan Seratus Tahun Relativiti Amnya: Parameter Orbit yang Diperbaiki", Astrophys. J. 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
- Laine S., Dey L., et al 2020. "Pemerhatian Spitzer terhadap Ramalan Eddington Flare daripada Blazar OJ 287". Surat Jurnal Astrofizik, jld. 894, No. 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
- Gürlebeck, N., 2015. "Teorem Tanpa Rambut untuk Lubang Hitam dalam Persekitaran Astrofizik", Kajian Surat fizikal 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
- Hawking Stephen W., et al 2016. Rambut Lembut di Lubang Hitam. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf
***
